JPWO2008087800A1 - Microchip manufacturing method and microchip - Google Patents
Microchip manufacturing method and microchip Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2008087800A1 JPWO2008087800A1 JP2008553977A JP2008553977A JPWO2008087800A1 JP WO2008087800 A1 JPWO2008087800 A1 JP WO2008087800A1 JP 2008553977 A JP2008553977 A JP 2008553977A JP 2008553977 A JP2008553977 A JP 2008553977A JP WO2008087800 A1 JPWO2008087800 A1 JP WO2008087800A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- microchip
- substrate
- substrates
- resin
- manufacturing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C3/00—Assembling of devices or systems from individually processed components
- B81C3/001—Bonding of two components
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
- B81B2201/05—Microfluidics
- B81B2201/058—Microfluidics not provided for in B81B2201/051 - B81B2201/054
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C2201/00—Manufacture or treatment of microstructural devices or systems
- B81C2201/01—Manufacture or treatment of microstructural devices or systems in or on a substrate
- B81C2201/0174—Manufacture or treatment of microstructural devices or systems in or on a substrate for making multi-layered devices, film deposition or growing
- B81C2201/019—Bonding or gluing multiple substrate layers
Abstract
親水化された微細流路の形状を維持しつつ、マイクロチップ基板同士を強固に接合することが可能なマイクロチップの製造方法を提供する。マイクロチップ基板１０の微細流路１１が形成された面と、マイクロチップ基板１３の表面を、紫外線照射、イオンビーム照射、又はプラズマ照射によって活性化する。このとき、接合面の純水接触角が３０°以下、好ましくは１５°以下になるまで活性化を行う。その後、微細流路１１が形成された面を内側にして、圧力を加えながらマイクロチップ基板１０とマイクロチップ基板１３を接合する。Provided is a microchip manufacturing method capable of firmly bonding microchip substrates to each other while maintaining the shape of a hydrophilic microchannel. The surface of the microchip substrate 10 on which the microchannel 11 is formed and the surface of the microchip substrate 13 are activated by ultraviolet irradiation, ion beam irradiation, or plasma irradiation. At this time, activation is performed until the pure water contact angle of the joint surface is 30 ° or less, preferably 15 ° or less. Thereafter, the microchip substrate 10 and the microchip substrate 13 are joined while applying pressure, with the surface on which the microchannel 11 is formed facing inward.
Description
この発明は、流路用溝が形成されたマイクロチップの製造方法、及びマイクロチップに関する。 The present invention relates to a microchip manufacturing method in which a channel groove is formed, and a microchip.
微細加工技術を利用してシリコンやガラス基板上に微細な流路や回路を形成し、微小空間上で核酸、タンパク質、血液などの液体試料の化学反応や、分離、分析などを行うマイクロ分析チップ、あるいはμＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｔｏｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ）と称される装置が実用化されている。このようなマイクロチップの利点としては、サンプルや試薬の使用量又は廃液の排出量が軽減され、省スペースで持ち運び可能な安価なシステムの実現が考えられる。 A micro-analysis chip that uses microfabrication technology to form fine channels and circuits on silicon and glass substrates, and to perform chemical reactions, separation, and analysis of liquid samples such as nucleic acids, proteins, and blood in a minute space Alternatively, an apparatus called μTAS (Micro Total Analysis Systems) has been put into practical use. As an advantage of such a microchip, it is conceivable to realize an inexpensive system that can be carried in a small space because the amount of sample or reagent used or the amount of discharged waste liquid is reduced.
マイクロチップは、少なくとも一方の部材に微細加工が施された部材２つをはり合わせることにより製造される。従来においては、マイクロチップにはガラス基板が用いられ、様々な微細加工方法が提案されている。しかしながら、ガラス基板は大量生産には向かず、非常に高コストであるため、廉価で使い捨て可能な樹脂製マクロチップの開発が望まれている。 The microchip is manufactured by bonding two members having at least one member subjected to fine processing. Conventionally, a glass substrate is used for the microchip, and various fine processing methods have been proposed. However, since glass substrates are not suitable for mass production and are very expensive, development of inexpensive and disposable resin macrochips is desired.
ここで、従来技術に係るマイクロチップの構成について図３及び図４を参照して説明する。図３は、従来技術に係るマイクロチップの上面図である。図４は、従来技術に係るマイクロチップの断面図であり、図３のIV−IV断面図である。マイクロチップ１００は、表面に微細流路１１１が形成されたマイクロチップ基板１１０と、微細流路１１１をカバーするための平板状のマイクロチップ基板１２０とを備えて構成されている。このマイクロチップ１００は、微細流路１１１を内側にしてマイクロチップ基板１１０、１２０を接合することで製造される。また、マイクロチップ１００には、ゲルや液体状の試薬を微細流路１１１に導入したり、微細流路１１１から排出したりするための開口部１１２が形成されている。図３及び図４に示す例では、微細流路１１１が形成されたマイクロチップ基板１１０に貫通孔が形成されており、マイクロチップ１１０、１２０を接合することで開口部１１２が形成される。この開口部１１２から微細流路１１１に試薬などを導入し、又は、微細流路１１１の試薬などを開口部１１２から排出する。 Here, the configuration of the microchip according to the prior art will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a top view of a conventional microchip. 4 is a cross-sectional view of a microchip according to the prior art, and is a cross-sectional view taken along the line IV-IV in FIG. The microchip 100 includes a microchip substrate 110 having a microchannel 111 formed on the surface thereof, and a flat microchip substrate 120 for covering the microchannel 111. The microchip 100 is manufactured by bonding the microchip substrates 110 and 120 with the fine channel 111 inside. Further, the microchip 100 has an opening 112 for introducing a gel or a liquid reagent into the fine channel 111 or discharging the reagent from the fine channel 111. In the example shown in FIGS. 3 and 4, a through hole is formed in the microchip substrate 110 in which the microchannel 111 is formed, and the opening 112 is formed by joining the microchips 110 and 120. A reagent or the like is introduced into the fine channel 111 from the opening 112, or the reagent or the like in the fine channel 111 is discharged from the opening 112.
このようなマイクロチップのように微細流路中に通液して検査を行うような素子においては、流路にタンパク質などの液体試料が付着しないように、流路表面に親水性の性質を付与する処理が行われている。流路表面に親水性の性質を付与する処理としては、ＳｉＯ２膜のコーティング、プラズマ処理、流路内に溶液を流すことによる表面修飾などの手法が挙げられる。In such an element that conducts inspection by passing through a fine channel such as a microchip, a hydrophilic property is imparted to the surface of the channel so that a liquid sample such as protein does not adhere to the channel. Processing to be performed. Examples of the treatment for imparting hydrophilic properties to the flow path surface include techniques such as coating of a SiO 2 film, plasma treatment, and surface modification by flowing a solution in the flow path.
一方、マイクロチップ基板を接合する方法として、接着剤を用いて接合する方法、有機溶剤で樹脂基板の表面を溶かして接合する方法（例えば特許文献１）、超音波融着を利用して接合する方法（例えば特許文献２）、熱融着を利用して接合する方法（例えば特許文献３）、レーザ融着を利用する方法などがある（例えば特許文献４）。 On the other hand, as a method of bonding microchip substrates, a method of bonding using an adhesive, a method of bonding by melting the surface of a resin substrate with an organic solvent (for example, Patent Document 1), and bonding using ultrasonic fusion. There are a method (for example, Patent Document 2), a method for bonding using thermal fusion (for example, Patent Document 3), a method using laser fusion (for example, Patent Document 4), and the like.
ところが、接着剤や有機溶剤が微細流路にはみ出すと、親水性が阻害されてしまうため、マイクロチップ基板の接合方法としては、超音波融着、熱融着、レーザ融着などが用いられてきた。
しかしながら、超音波融着、熱融着、レーザ融着では、熱エネルギーで樹脂基板の表面を溶解させるため、微細流路の形状の維持が困難であったり、マイクロチップ基板の接合不足が生じたりして、良好なマイクロチップを製造することが困難であった。例えば図４に示す微細流路１１１のように、熱エネルギーによるダメージを受けることにより、形状が変形してしまう場合がある。また、マイクロチップ基板１１０、１２０の接合面（図４中、破線で囲んだ部分Ａ）のように、熱エネルギーによるダメージを受けることにより、形状が変形して平坦性が失われる場合がある。このように接合面の平坦性が失われると、マイクロチップ基板１１０、１２０を強固に接合することが困難になる。 However, in ultrasonic fusion, thermal fusion, and laser fusion, since the surface of the resin substrate is dissolved by thermal energy, it is difficult to maintain the shape of the micro-channel or insufficient bonding of the microchip substrate may occur. Thus, it has been difficult to produce a good microchip. For example, like the fine channel 111 shown in FIG. 4, the shape may be deformed by being damaged by thermal energy. Further, like the bonding surface of the microchip substrates 110 and 120 (part A surrounded by a broken line in FIG. 4), the shape may be deformed and flatness may be lost due to damage caused by thermal energy. Thus, if the flatness of the bonding surface is lost, it becomes difficult to firmly bond the microchip substrates 110 and 120.
この発明は上記の問題を解決するものであり、親水化された微細流路の形状を維持しつつ、マイクロチップ基板同士を強固に接合することが可能なマイクロチップの製造方法、及びマイクロチップを提供することを目的とする。 The present invention solves the above problem, and a microchip manufacturing method capable of firmly bonding microchip substrates to each other while maintaining the shape of a hydrophilic microchannel, and a microchip The purpose is to provide.
この発明の第１の形態は、２つの樹脂製基板のうち少なくとも１つの樹脂製基板には表面に流路用溝が形成され、前記２つの樹脂製基板を、前記流路用溝が形成されている面を内側にして接合するマイクロチップの製造方法であって、前記２つの樹脂製基板のそれぞれに対して前記接合する面を活性化し、その後、圧力を加えながら前記２つの樹脂製基板を接合することを特徴とするマイクロチップの製造方法である。 According to a first aspect of the present invention, at least one resin substrate of two resin substrates has a channel groove formed on a surface thereof, and the two resin substrates are formed with the channel groove. A method of manufacturing a microchip for bonding with a surface facing inward, activating the surface to be bonded to each of the two resin substrates, and then applying the two resin substrates while applying pressure. It is a manufacturing method of a microchip characterized by joining.
また、この発明の第２の形態は、第１の形態に係るマイクロチップの製造方法であって、前記接合する面の純水接触角が３０°以下になるまで前記活性化を行うことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the microchip manufacturing method according to the first aspect, wherein the activation is performed until the pure water contact angle of the surfaces to be joined is 30 ° or less. And
また、この発明の第３の形態は、第１の形態又は第２の形態のいずれかに係るマイクロチップの製造方法であって、前記活性化後における前記接合する面は、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アルデヒド基のうち、少なくとも１つを含むことを特徴とする。 Further, a third aspect of the present invention is a method for manufacturing a microchip according to either the first aspect or the second aspect, wherein the surfaces to be joined after the activation are a hydroxyl group or a carboxyl group. And at least one of aldehyde groups.
また、この発明の第４の形態は、第１の形態に係るマイクロチップの製造方法であって、前記接合する面に析出している離型剤、又は前記接合する面に付着している有機物が除去されるまで前記活性化を行うことを特徴とする。 The fourth aspect of the present invention is a method of manufacturing a microchip according to the first aspect, wherein the release agent deposited on the surface to be bonded or the organic substance attached to the surface to be bonded The activation is performed until is removed.
また、この発明の第５の形態は、第１の形態から第４の形態のいずれかに係るマイクロチップの製造方法であって、紫外線を前記接合する面に照射することで前記活性化を行うことを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a microchip manufacturing method according to any one of the first to fourth aspects, wherein the activation is performed by irradiating the surfaces to be joined with ultraviolet rays. It is characterized by that.
また、この発明の第６の形態は、第１の形態から第４の形態のいずれかに係るマイクロチップの製造方法であって、プラズマを前記接合する面に照射することで前記活性化を行うことを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a microchip manufacturing method according to any one of the first to fourth aspects, wherein the activation is performed by irradiating the surface to be joined with plasma. It is characterized by that.
また、この発明の第７の形態は、第１の形態から第４の形態のいずれかに係るマイクロチップの製造方法であって、イオンビームを前記接合する面に照射することで前記活性化を行うことを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a microchip manufacturing method according to any one of the first to fourth aspects, wherein the activation is performed by irradiating the surface to be joined with an ion beam. It is characterized by performing.
また、この発明の第８の形態は、第１の形態から第７の形態のいずれかに係るマイクロチップの製造方法であって、前記２つの樹脂製基板の厚さが０．５ｍｍ〜２．０ｍｍであることを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a microchip manufacturing method according to any one of the first to seventh aspects, wherein the two resin substrates have a thickness of 0.5 mm to 2. It is 0 mm.
また、この発明の第９の形態は、第１の形態から第７の形態のいずれかに係るマイクロチップの製造方法であって、前記２つの樹脂製基板のうち、一方の樹脂製基板は、厚さが０．５ｍｍ〜２．０ｍｍで、表面に前記流路用溝が形成され、他方の樹脂製基板は、厚さが３０μｍ〜３００μｍであることを特徴とする。 A ninth aspect of the present invention is a microchip manufacturing method according to any one of the first to seventh aspects, wherein one of the two resin substrates is a resin substrate, The flow path groove is formed on the surface with a thickness of 0.5 mm to 2.0 mm, and the other resin substrate has a thickness of 30 μm to 300 μm.
また、この発明の第１０の形態は、２つの樹脂製基板のうち少なくとも１つの樹脂製基板には流路用溝が形成され、前記２つの樹脂製基板を、前記流路用溝が形成されている面を内側にして接合されたマイクロチップであって、前記２つの樹脂製基板の厚さが０．５ｍｍ〜２．０ｍｍであり、前記２つの樹脂製基板のそれぞれにおける前記接合する面が活性化されていることを特徴とするマイクロチップである。 According to a tenth aspect of the present invention, a channel groove is formed in at least one of the two resin substrates, and the channel groove is formed in the two resin substrates. The two resin substrates have a thickness of 0.5 mm to 2.0 mm, and the surfaces to be bonded in each of the two resin substrates are bonded to each other. The microchip is characterized by being activated.
また、この発明の第１１の形態は、表面に流路用溝が形成され、厚さが０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの樹脂製基板と、厚さが３０μｍ〜３００μｍの樹脂製基板とが、前記流路用溝を内側にして接合され、前記２つの樹脂製基板のそれぞれにおける前記接合する面が活性化されていることを特徴とするマイクロチップである。 Further, an eleventh aspect of the present invention is that a channel groove is formed on the surface, a resin substrate having a thickness of 0.5 mm to 2.0 mm, and a resin substrate having a thickness of 30 μm to 300 μm, The microchip is bonded with the channel groove inside, and the surface to be bonded in each of the two resin substrates is activated.
また、この発明の第１２の形態は、第１０の形態又は第１１の形態のいずれかに係るマイクロチップであって、前記接合する面は、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アルデヒド基のうち、少なくとも１つを含むことを特徴とする。 A twelfth aspect of the present invention is the microchip according to any one of the tenth and eleventh aspects, wherein the bonding surface is at least one of a hydroxyl group, a carboxyl group, and an aldehyde group. It is characterized by including one.
また、この発明の第１３の形態は、第１０の形態から第１２の形態のいずれかに係るマイクロチップであって、前記２つの樹脂製基板は、同一の樹脂材料で構成されていることを特徴とする。 A thirteenth aspect of the present invention is a microchip according to any one of the tenth to twelfth aspects, wherein the two resin substrates are made of the same resin material. Features.
また、この発明の第１４の形態は、第１３の形態に係るマイクロチップであって、前記樹脂材料は、非晶質シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）であることを特徴とする。 A fourteenth aspect of the present invention is the microchip according to the thirteenth aspect, wherein the resin material is an amorphous cycloolefin polymer (COP).
また、この発明の第１５の形態は、第１３の形態に係るマイクロチップであって、前記樹脂材料は、メタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）であることを特徴とする。 The fifteenth aspect of the present invention is a microchip according to the thirteenth aspect, wherein the resin material is methacrylic resin (PMMA).
この発明によると、樹脂製基板の表面を活性化することで、樹脂製基板の表面に形成された流路用溝を親水化することができ、さらに、活性化後の樹脂製基板同士を接合することで、流路用溝の形状を維持しつつ接合することができる。また、樹脂製基板同士の接合面を平坦に維持することができるため、樹脂製基板同士を強固に接合することが可能となる。 According to the present invention, by activating the surface of the resin substrate, the channel groove formed on the surface of the resin substrate can be hydrophilized, and the activated resin substrates are joined together. By doing so, it can join, maintaining the shape of the groove | channel for flow paths. Moreover, since the joining surface of resin substrates can be maintained flat, it becomes possible to join resin substrates firmly.
１０、１３ マイクロチップ基板
１１ 微細流路
１２ 開口部10, 13 Microchip substrate 11 Fine channel 12 Opening
この発明の実施形態に係るマイクロチップの製造方法、及びその製造方法によって製造されるマイクロチップについて、図１を参照して説明する。図１は、この発明の実施形態に係るマイクロチップの断面図である。
（マイクロチップの構成）
この実施形態に係るマイクロチップは、マイクロチップ基板１０とマイクロチップ基板１３を備えて構成されている。マイクロチップ基板１０の表面には溝状の微細流路１１が形成されている。さらに、マイクロチップ基板１０には、基板を貫通して形成された貫通孔が形成されている。この貫通孔は微細流路１１に接して形成されており、マイクロチップ基板１０とマイクロチップ基板１３を接合することで開口部１２となる。マイクロチップ基板１０の接合の相手方となるマイクロチップ基板１３は、平板状の基板である。微細流路１１が形成されている面を内側にして、マイクロチップ基板１０とマイクロチップ基板１３を接合する。これにより、マイクロチップ基板１３が微細流路１１の蓋（カバー）として機能し、マイクロチップ基板１０に形成されている貫通孔は開口部１２となる。なお、マイクロチップ基板１０、１３が、この発明の「樹脂製基板」の１例に相当する。A microchip manufacturing method according to an embodiment of the present invention and a microchip manufactured by the manufacturing method will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view of a microchip according to an embodiment of the present invention.
(Configuration of microchip)
The microchip according to this embodiment includes a microchip substrate 10 and a microchip substrate 13. A groove-shaped fine channel 11 is formed on the surface of the microchip substrate 10. Further, the microchip substrate 10 is formed with a through hole formed through the substrate. This through hole is formed in contact with the fine flow path 11, and becomes an opening 12 by joining the microchip substrate 10 and the microchip substrate 13. The microchip substrate 13 that is the counterpart to which the microchip substrate 10 is bonded is a flat substrate. The microchip substrate 10 and the microchip substrate 13 are joined with the surface on which the microchannel 11 is formed facing inward. Thereby, the microchip substrate 13 functions as a lid (cover) for the fine flow path 11, and the through-hole formed in the microchip substrate 10 becomes the opening 12. The microchip substrates 10 and 13 correspond to an example of the “resin substrate” of the present invention.
マイクロチップ基板１０の貫通孔は微細流路１１に接して形成されているため、その貫通孔による開口部１２は微細流路１１に繋がっている。この開口部１２は、ゲル、試料、緩衝液の導入、保存、排出を行うための孔である。開口部１２の形状は、円形状や矩形状の他、様々な形状であっても良い。この開口部１２に、分析装置に設けられたチューブやノズルを接続し、そのチューブやノズルを介して、ゲル、試料、又は緩衝液などを微細流路１１に導入し、又は、微細流路１１から排出する。
（マイクロチップ基板の材料）
マイクロチップ基板１０、１３には樹脂が用いられる。その樹脂としては、成形性（転写性、離型性）が良いこと、透明性が高いこと、紫外線や可視光に対する自己蛍光性が低いことなどが条件として挙げられるが、特に限定されるものではない。例えば、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン６、ナイロン６６、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリイソプレン、ポリエチレン、ポリジメチルシロキサン、環状ポリオレフィンなどが用いられる。マイクロチップ基板１０とマイクロチップ基板１３とで、同じ材料を用いても良く、異なる材料を用いても良い。Since the through hole of the microchip substrate 10 is formed in contact with the fine flow path 11, the opening 12 by the through hole is connected to the fine flow path 11. The opening 12 is a hole for introducing, storing, and discharging a gel, a sample, and a buffer solution. The shape of the opening 12 may be various shapes other than a circular shape and a rectangular shape. A tube or nozzle provided in the analyzer is connected to the opening 12, and a gel, sample, buffer solution, or the like is introduced into the fine channel 11 through the tube or nozzle, or the fine channel 11. To discharge from.
(Material of microchip substrate)
Resin is used for the microchip substrates 10 and 13. Examples of the resin include good moldability (transferability and releasability), high transparency, and low autofluorescence with respect to ultraviolet rays and visible light, but are not particularly limited. Absent. For example, polycarbonate, polymethyl methacrylate, polystyrene, polyacrylonitrile, polyvinyl chloride, polyethylene terephthalate, nylon 6, nylon 66, polyvinyl acetate, polyvinylidene chloride, polypropylene, polyisoprene, polyethylene, polydimethylsiloxane, cyclic polyolefin, etc. Used. The microchip substrate 10 and the microchip substrate 13 may use the same material or different materials.
また、マイクロチップ基板１０とマイクロチップ基板１３とで、同じ材料を用いることが好ましい。同じ材料であれば、マイクロチップ基板１０、１３を接合する際に、両基板の表面状態が等しくなるため、接合しやすいという効果がある。 The same material is preferably used for the microchip substrate 10 and the microchip substrate 13. If the same material is used, when the microchip substrates 10 and 13 are bonded, the surface states of the two substrates become equal, which is advantageous in that the bonding is easy.
また、マイクロチップ基板１０、１３の材料に、非晶質シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）を用いることが好ましい。非晶質シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）は、低吸湿性であり、長時間の浸水に耐えるからである。また、低複屈折性、低バックグラウンドノイズの特性を有するからである。 Further, it is preferable to use an amorphous cycloolefin polymer (COP) as a material for the microchip substrates 10 and 13. This is because amorphous cycloolefin polymer (COP) has low hygroscopicity and can withstand long-term water immersion. Moreover, it is because it has the characteristics of low birefringence and low background noise.
また、マイクロチップ基板１０、１３の材料に、メタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）を用いることが好ましい。メタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）は、低複屈折性、高透過性の特性を有するからである。
（マイクロチップ基板の形状）
マイクロチップ基板１０、１３の形状は、ハンドリング、分析しやすい形状であればどのような形状であっても良い。例えば、１０ｍｍ角〜２００ｍｍ角程度の大きさが好ましく、１０ｍｍ角〜１００ｍｍ角がより好ましい。マイクロチップ基板１０、１３の形状は、分析手法、分析装置に合わせれば良く、正方形、長方形、円形などの形状が好ましい。
（微細流路の形状）
微細流路１１の形状は、分析試料、試薬の使用量を少なくできること、成形金型の作製精度、転写性、離型性などを考慮して、幅、深さともに、１０μｍ〜２００μｍの範囲内の値であることが好ましいが、特に限定されるものではない。また、アスペクト比（溝の深さ／溝の幅）は、０．１〜３程度が好ましく、０．２〜２程度がより好ましい。また、微細流路１１の幅と深さは、マイクロチップの用途によって決めれば良い。なお、説明を簡便にするために、図１に示す微細流路１１の断面の形状は矩形状となっているが、この形状は微細流路１１の１例であり、曲面状となっていても良い。
（マイクロチップ基板の厚さ）
また、微細流路１１が形成されたマイクロチップ基板１０の厚さと、蓋（カバー）として機能するマイクロチップ基板１３の厚さは、ともに０．５ｍｍ以上であることが好ましい。マイクロチップ基板１０、１３の厚さが、ともに０．５ｍｍ以上であれば、接合後のマイクロチップの厚さが１．０ｍｍ以上となるため、取扱いや分析機器へのセッティングの際にたわむことが少ないからである。たわみが少なければ、接合面を剥離する力となる剪断力を面全体で分散して受けることができ、接合面が剥離しにくくなる。特に、マイクロチップ基板の接合力が弱くなる微細流路１１付近や開口部１２付近の強度を維持するために有効である。マイクロチップ基板１０、１３のそれぞれの厚さを２ｍｍより厚くすると、材料のロス、重量の増加、透明度の減少、熱伝導性の低下の原因となる。そのため、マイクロチップ基板１０、１３の厚さは、０．５ｍｍ〜２ｍｍがより好ましい。Further, it is preferable to use methacrylic resin (PMMA) as a material for the microchip substrates 10 and 13. This is because methacrylic resin (PMMA) has low birefringence and high transparency.
(Shape of microchip substrate)
The microchip substrates 10 and 13 may have any shape as long as they are easy to handle and analyze. For example, a size of about 10 mm square to 200 mm square is preferable, and 10 mm square to 100 mm square is more preferable. The shape of the microchip substrates 10 and 13 may be matched to the analysis method and the analysis device, and a shape such as a square, a rectangle, or a circle is preferable.
(The shape of the fine channel)
The shape of the microchannel 11 is within the range of 10 μm to 200 μm in both width and depth in consideration of the fact that the amount of analysis sample and reagent used can be reduced, and the fabrication accuracy of molds, transferability, releasability, etc. Although it is preferable that it is the value of, it does not specifically limit. The aspect ratio (groove depth / groove width) is preferably about 0.1 to 3, and more preferably about 0.2 to 2. Further, the width and depth of the fine channel 11 may be determined depending on the use of the microchip. In order to simplify the description, the cross-sectional shape of the microchannel 11 shown in FIG. 1 is a rectangular shape, but this shape is an example of the microchannel 11 and is a curved surface. Also good.
(Thickness of microchip substrate)
Moreover, it is preferable that both the thickness of the microchip substrate 10 in which the microchannel 11 is formed and the thickness of the microchip substrate 13 functioning as a lid (cover) are 0.5 mm or more. If the thicknesses of the microchip substrates 10 and 13 are both 0.5 mm or more, the thickness of the microchip after bonding is 1.0 mm or more, so that the microchip substrates 10 and 13 may be bent during handling or setting to an analytical instrument. Because there are few. If there is little bend, the shearing force which becomes the force which peels a joining surface can be disperse | distributed over the whole surface, and a joining surface becomes difficult to peel. In particular, it is effective for maintaining the strength in the vicinity of the microchannel 11 and the vicinity of the opening 12 where the bonding force of the microchip substrate is weakened. When the thickness of each of the microchip substrates 10 and 13 is thicker than 2 mm, it causes a material loss, an increase in weight, a decrease in transparency, and a decrease in thermal conductivity. Therefore, the thickness of the microchip substrates 10 and 13 is more preferably 0.5 mm to 2 mm.
また、蓋（カバー）として機能するマイクロチップ基板１３に微細流路を形成しない場合、板状の部材ではなく、フィルム（シート状の部材）を用いても良い。この場合、フィルムの厚さは、３０μｍ〜３００μｍでることが好ましく、５０μｍ〜１５０μｍであることがより好ましい。このように、蓋（カバー）とするマイクロチップ基板１３の厚さを３０μｍ〜３００μｍとすることで、フィルムの柔軟性を利用して、接合しにくい微細流路１１付近や開口部１２付近において基板同士を十分に密着させることができ、良好な接合状態を実現できる。さらに、マイクロチップ基板１３をフィルム状とするとことで、低コスト化、重量の減少、透明度の増加、熱伝導率の向上などの効果がある。なお、マイクロチップ基板１３の厚さを３０μｍより薄くすると、フィルム自体の強度が不足し、取扱いや分析機器へのセッティングの際に破断してしまうおそれがある。
（マイクロチップの製造方法）
マイクロチップ基板１０とマイクロチップ基板１３を接合する前に、両基板の接合面を活性化する。具体的には、マイクロチップ基板１０に対しては、微細流路１１が形成されている面（マイクロチップ基板１３と接合する面）を活性化し、マイクロチップ基板１３に対しては、マイクロチップ基板１０と接合する面を活性化する。その後、微細流路１１を内側にして、圧力を加えながらマイクロチップ基板１０とマイクロチップ基板１３を接合する。
（活性化の方法）
活性化とは、原子や分子が光・熱などのエネルギーを得て高いエネルギー状態になることをいう。この実施形態においてマイクロチップ基板１０、１３の表面が活性化されるとは、マイクロチップ基板１０、１３の表面に付着している有機物などを光・熱などの高いエネルギーを照射することで分解、除去し、さらに表面の高分子主鎖を切断してラジカルを生成したり、表面にヒドロキシル基（−ＯＨ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、アルデヒド基（−ＣＨＯ）などの反応性の高い官能基を置換又は生成したりして、化学反応を起こし易い状態になることをいう。また、飛行時間型二次イオン質量分析装置（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）を使用すれば、試料表面の構成元素や化学構造に関する情報を得ることができるため、官能基が生成されたことを確認できる。なお、活性化するための照射条件は、基板材料すなわち高分子の種類、成形方法、添加剤の種類などにより異なる。また、各照射方法のなかでも、照射パラメータは多数存在するため、基板材料の種類などに応じて照射条件を変えて活性化を行う。活性化の手法としては、紫外線照射、プラズマ照射、イオンビーム照射が挙げられる。以下、紫外線照射、イオンビーム照射、及びプラズマ照射について詳しく説明する。
（紫外線照射の例）
紫外線照射によってマイクロチップ基板１０、１３の表面を活性化させる場合、波長が１７０ｎｍ〜１８０ｎｍの紫外線を基板表面に照射して活性化させることが好ましい。例えば、ウシオ電機株式会社製のエキシマ光照射ユニット（形式ＵＥＲ２０−１７２Ｃ）を使用し、波長が１７２ｎｍ、放射強度が１０ｍＷ／ｃｍ２の条件で、エキシマ光照射を行い、マイクロチップ基板１０、１３の表面を活性化する。マイクロチップ基板１０、１３の表面にエキシマ光を照射することで、表面の微量な有機物を分解、除去し、表面の高分子主鎖のＣ−Ｃ結合、Ｃ＝Ｃ結合を切断してラジカルを生成、さらには、高分子側鎖にヒドロキシル基（−ＯＨ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、アルデヒド基（−ＣＨＯ）などの反応性の高い官能基を置換又は生成してマイクロチップ基板１０、１３の表面を活性化させる。また、エキシマ光が空間に存在する酸素に直接作用することで、励起酸素原子、オゾンなどの活性酸素種を高濃度に発生させ、微量の有機物を分解、除去、側鎖の官能基の置換又は生成を行い、同様にマイクロチップ基板１０、１３の表面を活性化させる。Further, when the microchannel is not formed in the microchip substrate 13 functioning as a lid (cover), a film (sheet-like member) may be used instead of a plate-like member. In this case, the thickness of the film is preferably 30 μm to 300 μm, and more preferably 50 μm to 150 μm. In this way, by setting the thickness of the microchip substrate 13 serving as a lid (cover) to 30 μm to 300 μm, it is possible to use the flexibility of the film in the vicinity of the microchannel 11 and the opening 12 that are difficult to bond. They can be brought into close contact with each other and a good bonding state can be realized. Furthermore, by making the microchip substrate 13 into a film shape, there are effects such as cost reduction, weight reduction, transparency increase, and thermal conductivity improvement. If the thickness of the microchip substrate 13 is made thinner than 30 μm, the strength of the film itself is insufficient, and there is a possibility that the microchip substrate 13 may break during handling or setting to an analytical instrument.
(Microchip manufacturing method)
Before the microchip substrate 10 and the microchip substrate 13 are bonded, the bonding surfaces of both substrates are activated. Specifically, for the microchip substrate 10, the surface on which the microchannel 11 is formed (the surface to be bonded to the microchip substrate 13) is activated, and for the microchip substrate 13, the microchip substrate is activated. The surface to be bonded to 10 is activated. Thereafter, the microchip substrate 10 and the microchip substrate 13 are joined with the fine channel 11 inside, while applying pressure.
(Method of activation)
Activation means that an atom or molecule obtains energy such as light and heat and enters a high energy state. In this embodiment, the surfaces of the microchip substrates 10 and 13 are activated when the organic substances attached to the surfaces of the microchip substrates 10 and 13 are decomposed by irradiating them with high energy such as light and heat. Remove and further cleave the polymer main chain on the surface to generate radicals, or on the surface a highly reactive functional group such as hydroxyl group (—OH), carboxyl group (—COOH), aldehyde group (—CHO) Or the like, and a state in which a chemical reaction is likely to occur. In addition, if a time-of-flight secondary ion mass spectrometer (TOF-SIMS) is used, information on the constituent elements and chemical structure of the sample surface can be obtained, so that it can be confirmed that a functional group has been generated. Irradiation conditions for activation vary depending on the substrate material, that is, the type of polymer, the molding method, the type of additive, and the like. In addition, since there are many irradiation parameters among the irradiation methods, activation is performed by changing the irradiation conditions according to the type of the substrate material. Examples of the activation method include ultraviolet irradiation, plasma irradiation, and ion beam irradiation. Hereinafter, ultraviolet irradiation, ion beam irradiation, and plasma irradiation will be described in detail.
(Example of UV irradiation)
When activating the surfaces of the microchip substrates 10 and 13 by ultraviolet irradiation, it is preferable to activate the surfaces by irradiating the substrate surface with ultraviolet rays having a wavelength of 170 nm to 180 nm. For example, using an excimer light irradiation unit (model UER20-172C) manufactured by Ushio Electric Co., Ltd., excimer light irradiation is performed under the conditions of a wavelength of 172 nm and a radiation intensity of 10 mW / cm 2 . Activate the surface. By irradiating the surfaces of the microchip substrates 10 and 13 with excimer light, a small amount of organic substances on the surface are decomposed and removed, and the C—C bonds and C═C bonds of the polymer main chain on the surface are cleaved to generate radicals. The microchip substrates 10, 13 are generated by replacing or generating functional groups having high reactivity such as hydroxyl groups (—OH), carboxyl groups (—COOH), and aldehyde groups (—CHO) on the polymer side chains. To activate the surface. In addition, excimer light directly acts on oxygen in the space to generate active oxygen species such as excited oxygen atoms and ozone at a high concentration, decompose and remove trace amounts of organic substances, replace functional groups on side chains, or Generation is performed and the surfaces of the microchip substrates 10 and 13 are similarly activated.
例えば、波長が１７２ｎｍのエキシマ光の光エネルギーは１６６．６ｋｃａｌ／ｍｏｌであり、ほとんどの分子結合エネルギーよりも高いため、マイクロチップ基板１０、１３の表面の活性化には有効である。 For example, the optical energy of excimer light having a wavelength of 172 nm is 166.6 kcal / mol, which is higher than most molecular binding energies, and is therefore effective for activating the surfaces of the microchip substrates 10 and 13.
本特許出願に係る発明者が行った実験では、２００ｍＪ／ｃｍ２〜２０００ｍＪ／ｃｍ２の強度が望ましいことが確認された。２００ｍＪ／ｃｍ２未満の強度では、接触角の改善が不十分であり、２０００ｍＪ／ｃｍ２より高い強度で照射すると、樹脂が黄変してしまうことが分かった。ただし、樹脂の種類で適切な照射強度の範囲にばらつきがあり、成形された樹脂で適宜純水接触角を測定する、表面を分析するなどして、照射条件を調整する必要がある。
（イオンビーム照射の例）
また、イオンビーム照射によってマイクロチップ基板１０、１３を活性化させる場合、例えば、株式会社オプトラン製のＲＦイオンソース（形式ＯＩＳ−ｔｗｏ）を使用し、酸素ガス流量が５０ｓｃｃｍ、アルゴンガス流量が８ｓｃｃｍ、ビーム電圧が５００Ｖ、ビーム電流が４００ｍＡ、真空度が１．５×１０−２Ｐａの条件で、イオンビーム照射を行い、マイクロチップ基板１０、１３の表面を活性化する。マイクロチップ基板１０、１３の表面に酸素イオン、アルゴンイオンを照射することで、表面の微量な有機物を分解、除去し、表面の高分子主鎖のＣ−Ｃ結合、Ｃ＝Ｃ結合を切断してラジカルを生成、さらには高分子側鎖にヒドロキシル基（−ＯＨ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、アルデヒド基（−ＣＨＯ）などの反応性の高い官能基を置換又は生成してマイクロチップ基板１０、１３の表面を活性化させる。In the experiment by the inventors of the present patent application has carried out, it was confirmed intensity of 200mJ / cm 2 ~2000mJ / cm 2 is desirable. It was found that when the strength was less than 200 mJ / cm 2 , the contact angle was not sufficiently improved, and the resin turned yellow when irradiated with an intensity higher than 2000 mJ / cm 2 . However, the range of appropriate irradiation intensity varies depending on the type of resin, and it is necessary to adjust the irradiation conditions by appropriately measuring the pure water contact angle with the molded resin, analyzing the surface, and the like.
(Example of ion beam irradiation)
Further, when the microchip substrates 10 and 13 are activated by ion beam irradiation, for example, an RF ion source (form OIS-two) manufactured by Optran Co., Ltd. is used, the oxygen gas flow rate is 50 sccm, the argon gas flow rate is 8 sccm, Ion beam irradiation is performed under conditions of a beam voltage of 500 V, a beam current of 400 mA, and a degree of vacuum of 1.5 × 10 −2 Pa to activate the surfaces of the microchip substrates 10 and 13. By irradiating the surfaces of the microchip substrates 10 and 13 with oxygen ions and argon ions, a small amount of organic substances on the surface are decomposed and removed, and the C—C bond and C═C bond of the polymer main chain on the surface are cut. To generate radicals, and further substitute or generate functional groups having high reactivity such as hydroxyl groups (—OH), carboxyl groups (—COOH), and aldehyde groups (—CHO) on the polymer side chains to form the microchip substrate 10. , 13 surfaces are activated.
本特許出願に係る発明者が行った実験では、３００ｍＪ／ｃｍ２〜３０００ｍＪ／ｃｍ２の強度が望ましいことが確認された。３００ｍＪ／ｃｍ２未満の強度では、接触角の改善が不十分であり、３０００ｍＪ／ｃｍ２より高い強度で照射すると、樹脂が反ってしまうことが分かった。ただし、樹脂の種類で適切な照射強度の範囲にバラツキがあり、成形された樹脂で適宜純水接触角を測定する、表面を分析するなどして、照射条件を調整する必要がある。
（プラズマ照射の例）
また、プラズマ照射によってマイクロチップ基板１０、１３を活性化させる場合、例えば、サムコ株式会社製のプラズマドライクリーナー（形式ＰＣ−１０００）を使用し、酸素ガス流量が２００ｓｃｃｍ、ＲＦ出力が４００Ｗ、真空度が５０Ｐａの条件で、プラズマ照射を行い、マイクロチップ基板１０、１３の表面を活性化する。マイクロチップ基板１０、１３の表面にプラズマを照射することで、表面の微量な有機物を分解、除去し、表面の高分子主鎖のＣ−Ｃ結合、Ｃ＝Ｃ結合を切断してラジカルを生成、さらには高分子側鎖にヒドロキシル基（−ＯＨ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、アルデヒド基（−ＣＨＯ）などの反応性の高い官能基を置換又は生成してマイクロチップ基板１０、１３の表面を活性化させる。プラズマ中には、ガス、電子、励起種、イオン、ラジカルが存在し、それらがマイクロチップ基板１０、１３の表面に作用することで表面を活性化させる。In the experiment by the inventors of the present patent application has carried out, it was confirmed intensity of 300mJ / cm 2 ~3000mJ / cm 2 is desirable. The strength of less than 300 mJ / cm 2, the improvement of the contact angle is insufficient, when irradiated with a high intensity than 3000 mJ / cm 2, it was found that the resin is warped. However, there are variations in the range of the appropriate irradiation intensity depending on the type of resin, and it is necessary to adjust the irradiation conditions by appropriately measuring the pure water contact angle with the molded resin or analyzing the surface.
(Example of plasma irradiation)
When the microchip substrates 10 and 13 are activated by plasma irradiation, for example, a plasma dry cleaner (model PC-1000) manufactured by Samco Corporation is used, the oxygen gas flow rate is 200 sccm, the RF output is 400 W, and the degree of vacuum. Is irradiated with plasma under the condition of 50 Pa to activate the surfaces of the microchip substrates 10 and 13. By irradiating the surface of the microchip substrates 10 and 13 with plasma, a small amount of organic substances on the surface are decomposed and removed, and radicals are generated by cutting the C—C bonds and C═C bonds of the polymer main chain on the surface. Furthermore, the surface of the microchip substrates 10 and 13 is obtained by substituting or generating highly reactive functional groups such as hydroxyl groups (—OH), carboxyl groups (—COOH), and aldehyde groups (—CHO) on the polymer side chains. To activate. Gases, electrons, excited species, ions, and radicals exist in the plasma, and these act on the surfaces of the microchip substrates 10 and 13 to activate the surfaces.
本特許出願に係る発明者が行った実験では、３０Ｊ／ｃｍ２〜３００Ｊ／ｃｍ２の強度が望ましいことが確認された。上述したエキシマ光やイオンビームと比較して出力が著しく高いが、基板に照射したエネルギーのみを測定することが困難であり、投入した電力を単純に装置の照射面積で除算して算出した値だからである。ほとんどのエネルギーは、ガスの分解に利用されたと考えられる。３０Ｊ／ｃｍ２未満の強度では、接触角の改善が不十分であり、３００Ｊ／ｃｍ２より高い強度で照射すると、樹脂が反ってしまうことが分かった。ただし、樹脂の種類で適切な照射強度の範囲にバラツキがあり、成形された樹脂で適宜純水接触角を測定する、表面を分析するなどして、照射条件を調整する必要がある。
（純水接触角）
上記活性化は、マイクロチップ基板１０、１３の表面の純水接触角が３０°以下になるまで行う。また、マイクロチップ基板１０、１３の表面の純水接触角が１５°以下になるまで活性化を行うことがより好ましい。純水接触角が３０°以下になるまで活性化することで、マイクロチップ基板１０、１３を強固に接合することができ、１５°以下になるまで活性化することで、更に強固に接合できるからである。In the experiment by the inventors of the present patent application has carried out, it was confirmed intensity of 30J / cm 2 ~300J / cm 2 is desirable. Although the output is significantly higher than the excimer light and ion beam described above, it is difficult to measure only the energy irradiated to the substrate, and it is a value calculated by simply dividing the input power by the irradiation area of the device It is. Most of the energy is thought to have been used for gas decomposition. The intensity of less than 30 J / cm 2, the improvement of the contact angle is insufficient, when irradiated with higher strength 300 J / cm 2, it was found that the resin is warped. However, there are variations in the range of the appropriate irradiation intensity depending on the type of resin, and it is necessary to adjust the irradiation conditions by appropriately measuring the pure water contact angle with the molded resin or analyzing the surface.
(Pure water contact angle)
The activation is performed until the pure water contact angle on the surfaces of the microchip substrates 10 and 13 becomes 30 ° or less. In addition, activation is more preferably performed until the pure water contact angle on the surfaces of the microchip substrates 10 and 13 becomes 15 ° or less. By activating until the pure water contact angle is 30 ° or less, the microchip substrates 10 and 13 can be strongly bonded. By activating until the contact angle is 15 ° or less, the microchip substrates 10 and 13 can be further strongly bonded. It is.
液滴面と固体面が接する点で、液滴面に接線を引いて固体面との間の角度をθとするとき、角度θをその液体のその固体上への接触角という。接触角が大きいときは、固体表面をぬらしにくくなり、小さいときは固体表面をぬらしやすくなる。ぬれは、固体表面に吸着されていた気体が液体にとってかわる現象であり、接触角を測定することで固体の表面自由エネルギーを求めることができる。 When the angle between the droplet surface and the solid surface at which the droplet surface and the solid surface are drawn and the angle between the surface and the solid surface is θ, the angle θ is referred to as the contact angle of the liquid on the solid. When the contact angle is large, the solid surface is difficult to wet, and when the contact angle is small, the solid surface is easily wetted. Wetting is a phenomenon in which the gas adsorbed on the solid surface is replaced by the liquid, and the surface free energy of the solid can be obtained by measuring the contact angle.
接触角が、０°＜θ≦９０°の範囲にあるとき、
Ｗｉ＝γｓ−γｓｌ＝γｌ・ｃｏｓθの式が成立する。When the contact angle is in the range of 0 ° <θ ≦ 90 °,
The following formula is established: Wi = γs−γsl = γl · cos θ.
ただし、
Ｗｉ：浸漬のぬれ仕事
γｓ：固体の表面自由エネルギー
γｓｌ：固体と液体の界面の自由エネルギー
γｌ：液体の表面自由エネルギー
である。However,
Wi: Wetting work of immersion γs: Surface free energy of solid γsl: Free energy of interface between solid and liquid γl: Surface free energy of liquid
すなわち、接触角θが小さくなったとき、固体の表面自由エネルギーγｓは大きくなり、固体表面が親水性を示すとともに、表面が活性化されたといえる。 That is, when the contact angle θ decreases, the surface free energy γs of the solid increases, and it can be said that the surface of the solid is hydrophilic and the surface is activated.
本特許出願の発明者は、純水接触角の値と、樹脂製のマイクロチップ基板１０、１３の接合のしやすさを検討した結果、基板表面における純水接触角θが３０°以下であれば、マイクロチップ基板１０、１３の表面が十分に活性化され、マイクロチップ基板１０、１３を強固に接合できることを見出した。さらに、純水接触角θが１５°以下であれば、更に強固に接合できることを見出した。
（離型剤、有機物の除去）
また、この実施形態では、マイクロチップ基板１０、１３の表面に付着又は析出している離型剤や、ごみなどの有機物を除去するまで、マイクロチップ基板１０、１３の表面を活性化する。離型剤は、成形品を成形型から取り出すときの粘着を防止し、作業操作を容易にするために用いられ、流動パラフィン、高級脂肪酸、低分子ポリエチレン、シリコーン油などが主に用いられる。これら離型剤は金型の内面に塗布するか、成形材料の中に予め混合しておく。いずれの場合も、成形品の表面にごくわずかであるが、離型剤が付着又は析出しており、これらを除去しなければ、樹脂製のマイクロチップ基板１０、１３を強固に接合できないことが分かった。そこで、マイクロチップ基板１０、１３の表面に付着又は析出している離型剤や、ごみなどの有機物を除去するまで、マイクロチップ基板１０、１３の表面を活性化する。The inventor of the present patent application examined the value of the pure water contact angle and the ease of joining the resin microchip substrates 10 and 13, and as a result, the pure water contact angle θ on the substrate surface was 30 ° or less. For example, the present inventors have found that the surfaces of the microchip substrates 10 and 13 are sufficiently activated and the microchip substrates 10 and 13 can be firmly bonded. Furthermore, it has been found that if the pure water contact angle θ is 15 ° or less, it is possible to join more firmly.
(Release agent, removal of organic substances)
Further, in this embodiment, the surfaces of the microchip substrates 10 and 13 are activated until the release agent adhering or depositing on the surfaces of the microchip substrates 10 and 13 and organic substances such as dust are removed. The mold release agent is used to prevent adhesion when the molded product is taken out from the mold and facilitates the operation, and liquid paraffin, higher fatty acid, low molecular polyethylene, silicone oil, etc. are mainly used. These release agents are applied to the inner surface of the mold or mixed in advance in the molding material. In any case, the release agent is adhered or deposited on the surface of the molded product, but the resin-made microchip substrates 10 and 13 cannot be firmly bonded unless they are removed. I understood. Therefore, the surfaces of the microchip substrates 10 and 13 are activated until the release agent adhered or deposited on the surfaces of the microchip substrates 10 and 13 and organic substances such as dust are removed.
エキシマ光をマイクロチップ基板１０、１３の表面に照射することで、上述した活性酸素種が有機物の主成分である炭素に作用し、二酸化炭素などに酸化分解・揮発させることが可能であるため、マイクロチップ基板１０、１３の表面に付着又は析出している離型剤などの有機物を除去することができる。また、プラズマをマイクロチップ基板１０、１３の表面に照射した場合も同様に活性酸素種が発生するため、エキシマ光と同様の効果を奏することができる。また、プラズマにバイアスを印加すれば、加速されたイオンの衝撃で有機物を直接除去することも可能である。また、イオンビームをマイクロチップ基板１０、１３の表面に照射することで、加速されたイオンの衝撃で有機物を直接除去することが可能である。なお、マイクロチップ基板１０、１３にダメージを与えないように、イオンビームの運動エネルギーを適宜調整すれば良い。
（マイクロチップ基板の接合）
マイクロチップ基板１０、１３の表面を活性化させた後、微細流路１１が形成されている面を内側にして、マイクロチップ基板１０とマイクロチップ基板１３を合わせ、圧力を加えながらマイクロチップ基板１０、１３を接合する。表面が活性化されているため、マイクロチップ基板１０とマイクロチップ基板１３を接合することができ、マイクロチップが製造されたことになる。
（作用及び効果）
以上のように、紫外線照射、イオンビーム照射、又はプラズマ照射によってマイクロチップ基板１０、１３の表面を活性化させることで、マイクロチップ基板１０、１３の表面を親水化させることが可能となる。これにより、微細流路１１の内面を親水化させることが可能となる。また、いずれの方法においても、マイクロチップ基板１０、１３の表面の高分子層のみを活性化することができるため、微細流路１１の内面をひずませず、その形状を維持することができ、また、基板同士の接合面をひずませず、接合面の平坦性を維持することができる。このように、接合面を平坦に維持することができるため、接合不良になりにくく、マイクロチップ基板同士を強固に接合することが可能となる。例えば図１に示す接合面（破線で示す部分Ａ）においては、表面の高分子層のみが活性化されるため、接合面がひずまず、平坦な面を維持することできる。そのため、接合不良になりにくく、基板同士を強固に接合することが可能となる。このように、マイクロチップ基板１０、１３の表面を活性化させることで、微細流路１１の内面を親水化させ、さらに、基板同士を強固に接合することができるため、低コストでマイクロチップを製造することが可能となる。By irradiating the surfaces of the microchip substrates 10 and 13 with excimer light, the active oxygen species described above can act on the carbon that is the main component of the organic substance, and can be oxidatively decomposed and volatilized into carbon dioxide and the like. Organic substances such as a release agent adhering to or depositing on the surfaces of the microchip substrates 10 and 13 can be removed. In addition, when the surface of the microchip substrate 10 or 13 is irradiated with plasma, active oxygen species are generated in the same manner, so that the same effect as excimer light can be obtained. Moreover, if a bias is applied to the plasma, organic substances can be directly removed by the impact of accelerated ions. Further, by irradiating the surfaces of the microchip substrates 10 and 13 with an ion beam, organic substances can be directly removed by accelerated ion impact. Note that the kinetic energy of the ion beam may be adjusted as appropriate so as not to damage the microchip substrates 10 and 13.
(Microchip substrate bonding)
After the surfaces of the microchip substrates 10 and 13 are activated, the microchip substrate 10 and the microchip substrate 13 are aligned with the surface on which the microchannel 11 is formed facing inside, and the microchip substrate 10 is applied while applying pressure. , 13 are joined. Since the surface is activated, the microchip substrate 10 and the microchip substrate 13 can be joined, and the microchip is manufactured.
(Function and effect)
As described above, the surfaces of the microchip substrates 10 and 13 can be made hydrophilic by activating the surfaces of the microchip substrates 10 and 13 by ultraviolet irradiation, ion beam irradiation, or plasma irradiation. Thereby, it becomes possible to make the inner surface of the fine channel 11 hydrophilic. In any method, only the polymer layer on the surface of the microchip substrates 10 and 13 can be activated, so that the shape of the microchannel 11 can be maintained without being distorted. Moreover, the flatness of the bonding surfaces can be maintained without distorting the bonding surfaces of the substrates. As described above, since the bonding surface can be kept flat, it is difficult to cause bonding failure, and the microchip substrates can be firmly bonded to each other. For example, in the bonding surface shown in FIG. 1 (part A indicated by a broken line), only the polymer layer on the surface is activated, so that the bonding surface is not distorted and a flat surface can be maintained. For this reason, it becomes difficult to cause poor bonding, and the substrates can be firmly bonded to each other. In this way, by activating the surfaces of the microchip substrates 10 and 13, the inner surfaces of the microchannels 11 can be made hydrophilic and the substrates can be firmly bonded to each other. It can be manufactured.
なお、この実施形態においては、マイクロチップ基板１０に微細流路１１と貫通孔を形成したが、この発明はこの形態に限定されない。マイクロチップ基板１０、１３のうち、いずれか一方のマイクロチップ基板に微細流路が形成されていれば良く、両方のマイクロチップ基板に微細流路が形成されていても良い。また、マイクロチップ基板１３に貫通孔を形成して、開口部を形成しても良い。 In this embodiment, the micro flow path 11 and the through hole are formed in the microchip substrate 10, but the present invention is not limited to this embodiment. Of the microchip substrates 10 and 13, any one of the microchip substrates may be formed with a fine flow path, and both of the microchip substrates may be formed with a fine flow path. Moreover, a through hole may be formed in the microchip substrate 13 to form an opening.
次に、具体的な実施例について図２を参照して説明する。図２は、実施例と比較例に関する条件を示す表である。まず、実施例に対する比較例について説明し、その後、実施例について説明する。
（比較例）
比較例では、図４に示す従来技術に係るマイクロチップを作製して評価を行った。
（マイクロチップ基板）
射出成形機で透明樹脂材料の環状ポリオレフィン樹脂（日本ゼオン社製、ゼオノア）を成形し、外形寸法が５０ｍｍ×５０ｍｍ×１ｍｍの板状部材に幅５０μｍ、深さ５０μｍの複数の微細流路と、内径２ｍｍの複数の貫通孔で構成される流路側マイクロチップ基板を作製した。この流路側マイクロチップ基板が、図４に示す微細流路１１１が形成されたマイクロチップ基板１１０に相当する。また、同様に外形寸法が５０ｍｍ×５０ｍｍ×１ｍｍのカバー側マイクロチップ基板を作製した。このカバー側マイクロチップ基板が、図４に示すマイクロチップ基板１２０に相当する。Next, a specific embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a table showing conditions relating to the examples and comparative examples. First, a comparative example with respect to the embodiment will be described, and then the embodiment will be described.
(Comparative example)
In the comparative example, a microchip according to the prior art shown in FIG. 4 was produced and evaluated.
(Microchip substrate)
A transparent polyolefin material cyclic polyolefin resin (Zeonor, manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.) is molded by an injection molding machine, and a plurality of fine channels having a width of 50 μm and a depth of 50 μm are formed on a plate-like member having an outer dimension of 50 mm × 50 mm × 1 mm, A flow path side microchip substrate composed of a plurality of through holes having an inner diameter of 2 mm was produced. This flow path side microchip substrate corresponds to the microchip substrate 110 on which the fine flow path 111 shown in FIG. 4 is formed. Similarly, a cover side microchip substrate having an outer dimension of 50 mm × 50 mm × 1 mm was produced. This cover side microchip substrate corresponds to the microchip substrate 120 shown in FIG.
そして、微細流路を内側にして流路側マイクロチップ基板とカバー側マイクロチップ基板を合わせ、加熱プレス機にて１２０℃、１ｋｇｆ／ｃｍ２の条件下で１分間保持することで、基板同士を接合した。これにより、内径２ｍｍ、深さ１ｍｍの開口部（図４の開口部１１２に相当する）が形成された。
（評価）
比較例のマイクロチップをシリンジポンプにつなぎ、水を０．１３ＭＰａで圧送したところ、微細流路に水を流すことができたが、開口部付近から水が漏れてしまった。このように水が漏れてしまうと、試料を正確に混合できない、電気泳動の際に絶縁破壊してしまうなどの不具合が生じてしまう。開口部付近から水が漏れた原因は、開口部付近にわずかな成形ひずみが残留しており、基板の接合時に、開口部付近において、流路側マイクロチップ基板とカバー側マイクロチップ基板との間に隙間が生じてしまったためであると考えられる。
（実施例１）
次に、実施例１について説明する。実施例１では、プラズマ照射によってマイクロチップ基板の表面を活性化した。
（マイクロチップ基板）
射出成形機で透明樹脂材料の環状ポリオレフィン樹脂（日本ゼオン社製、ゼオノア）を成形し、外形寸法が５０ｍｍ×５０ｍｍ×１ｍｍの板状部材に幅５０μｍ、深さ５０μｍの複数の微細流路と、内径２ｍｍの複数の貫通孔で構成される流路側マイクロチップ基板を作製した。この流路側マイクロチップ基板が、上記実施形態における微細流路１１が形成されたマイクロチップ基板１０に相当する。また、同様に外形寸法が５０ｍｍ×５０ｍｍ×１ｍｍのカバー側マイクロチップ基板を作製した。このカバー側マイクロチップ基板が、上記実施形態における蓋（カバー）として機能するマイクロチップ基板１３に相当する。
（活性化処理）
サムコ（株）製のプラズマドライクリーナー（形式ＰＣ−１０００）を使用し、酸素ガス流量２００ｓｃｃｍ、ＲＦ出力４００Ｗ、真空度５０Ｐａの条件にて、流路側マイクロチップ基板とカバー側マイクロチップ基板の表面にプラズマを５分間照射した。これにより、流路側マイクロチップ基板の微細流路が形成された表面と、カバー側マイクロチップ基板の表面を活性化した。プラズマ照射後の流路側マイクロチップ基板の表面とカバー側マイクロチップ基板の表面の接触角は、１０°程度であった。Then, the microchannel substrate on the flow path side and the microchip substrate on the cover side are combined with the microchannel inside, and the substrates are bonded to each other by holding for 1 minute at 120 ° C. and 1 kgf / cm 2 with a heating press. did. As a result, an opening having an inner diameter of 2 mm and a depth of 1 mm (corresponding to the opening 112 in FIG. 4) was formed.
(Evaluation)
When the microchip of the comparative example was connected to a syringe pump and water was pumped at 0.13 MPa, water could flow through the fine channel, but water leaked from the vicinity of the opening. If water leaks in this way, problems such as inability to mix the sample accurately and dielectric breakdown during electrophoresis occur. The reason for water leakage from the vicinity of the opening is that a slight molding strain remains in the vicinity of the opening, and between the flow path side microchip substrate and the cover side microchip substrate in the vicinity of the opening when the substrates are joined. This is probably because a gap has occurred.
Example 1
Next, Example 1 will be described. In Example 1, the surface of the microchip substrate was activated by plasma irradiation.
(Microchip substrate)
A transparent polyolefin material cyclic polyolefin resin (Zeonor, manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.) is molded by an injection molding machine, and a plurality of fine channels having a width of 50 μm and a depth of 50 μm are formed on a plate-like member having an outer dimension of 50 mm × 50 mm × 1 mm, A flow path side microchip substrate composed of a plurality of through holes having an inner diameter of 2 mm was produced. This flow path side microchip substrate corresponds to the microchip substrate 10 in which the fine flow path 11 in the above embodiment is formed. Similarly, a cover side microchip substrate having an outer dimension of 50 mm × 50 mm × 1 mm was produced. This cover-side microchip substrate corresponds to the microchip substrate 13 that functions as a lid (cover) in the embodiment.
(Activation process)
Using a plasma dry cleaner (model PC-1000) manufactured by Samco Co., Ltd. on the surface of the flow path side microchip substrate and the cover side microchip substrate under the conditions of an oxygen gas flow rate of 200 sccm, an RF output of 400 W, and a vacuum degree of 50 Pa. Plasma was irradiated for 5 minutes. As a result, the surface of the flow path side microchip substrate on which the fine flow path was formed and the surface of the cover side microchip substrate were activated. The contact angle between the surface of the flow path side microchip substrate after the plasma irradiation and the surface of the cover side microchip substrate was about 10 °.
また、光電子分光装置（ＥＳＣＡ）を使用して流路側マイクロチップ基板とカバー側マイクロチップ基板の表面状態を測定したところ、離型剤由来の成分は付着していないことが確かめられた。さらに、飛行時間型二次イオン質量分析装置（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）を使用し、流路側マイクロチップ基板とカバー側マイクロチップ基板の表面状態を測定したところ、ヒドロキシル基（−ＯＨ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、アルデヒド基（−ＣＨＯ）が生成されていることを確認した。
（接合）
そして、基板表面の活性状態が失われないよう、プラズマ照射後５分以内に大気開放してから、微細流路が形成された面を内側にして、流路側マイクロチップ基板とカバー側マイクロチップ基板を合わせ、１ｋｇｆ／ｃｍ２の力で圧着させ、基板同士を接合した。なお、実施例１においては、大気に開放した状態で基板同士を接合したが、プラズマ照射後に大気開放せずに真空中で基板同士を圧着させれば、より強固に接合できる。この接合によって、内径２ｍｍ、深さ１ｍｍの開口部（実施形態の開口部１２に相当する）が形成された。
（評価）
実施例１のマイクロチップをシリンジポンプにつなぎ、水を０．１３ＭＰａで圧送したところ、微細流路、開口部付近から液体が漏れることなく十分な密封性を示した。また、開口部の内面や微細流路の内面がプラズマ照射によって活性化されたことにより親水性を有するため、水や試薬を圧送しなくても毛細管現象によって、開口部や微細流路にスムースに導入できるという効果があることも分かった。
（実施例２）
次に、実施例２について説明する。実施例２では、紫外線照射によってマイクロチップ基板の表面を活性化した。
（マイクロチップ基板）
射出成形機で透明樹脂材料の環状ポリオレフィン樹脂（日本ゼオン社製、ゼオノア）を成形し、外形寸法が５０ｍｍ×５０ｍｍ×１ｍｍの板状部材に幅５０μｍ、深さ５０μｍ、の複数の微細流路と、内径２ｍｍの複数の貫通孔で構成される流路側マイクロチップ基板を作製した。この流路側マイクロチップ基板が、上記実施形態における微細流路１１が形成されたマイクロチップ基板１０に相当する。また、同様に外形寸法が５０ｍｍ×５０ｍｍ×１ｍｍのカバー側マイクロチップ基板を作製した。このカバー側マイクロチップ基板が、第２実施形態における蓋（カバー）として機能するマイクロチップ基板１３に相当する。
（活性化処理）
ウシオ電機製のエキシマ光照射ユニット（形式ＵＥＲ２０−１７２Ｃ）を使用し、波長１７２ｎｍ、放射強度１０ｍＷ／ｃｍ２の条件にて、流路側マイクロチップ基板とカバー側マイクロチップ基板の表面にエキシマ光を３０秒間照射した。これにより、流路側マイクロチップ基板の微細流路が形成された表面と、カバー側マイクロチップ基板の表面を活性化した。エキシマ光照射後の流路側マイクロチップ基板の表面とカバー側マイクロチップ基板の表面の接触角は、１０°程度であった。Moreover, when the surface state of the flow path side microchip board | substrate and the cover side microchip board | substrate was measured using the photoelectron spectrometer (ESCA), it was confirmed that the component derived from a mold release agent has not adhered. Furthermore, when the surface state of the flow path side microchip substrate and the cover side microchip substrate was measured using a time-of-flight secondary ion mass spectrometer (TOF-SIMS), a hydroxyl group (—OH), a carboxyl group (— COOH) and an aldehyde group (—CHO) were confirmed to be generated.
(Joining)
Then, in order not to lose the active state of the substrate surface, after opening to the atmosphere within 5 minutes after the plasma irradiation, the flow path side microchip substrate and the cover side microchip substrate with the surface on which the fine flow path is formed facing inside Were bonded together with a force of 1 kgf / cm 2 to bond the substrates together. In the first embodiment, the substrates are bonded to each other while being opened to the atmosphere. However, if the substrates are bonded together in a vacuum without being opened to the atmosphere after the plasma irradiation, the substrates can be bonded more firmly. By this joining, an opening having an inner diameter of 2 mm and a depth of 1 mm (corresponding to the opening 12 in the embodiment) was formed.
(Evaluation)
When the microchip of Example 1 was connected to a syringe pump and water was pumped at 0.13 MPa, sufficient sealing performance was exhibited without leakage of liquid from the vicinity of the fine channel and the opening. In addition, since the inner surface of the opening and the inner surface of the fine flow path are hydrophilic by being activated by plasma irradiation, the opening and the fine flow path can be smoothly formed by capillary action without pumping water or a reagent. It was also found that it can be introduced.
(Example 2)
Next, Example 2 will be described. In Example 2, the surface of the microchip substrate was activated by ultraviolet irradiation.
(Microchip substrate)
A transparent polyolefin resin cyclic polyolefin resin (Zeonor, manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.) is molded by an injection molding machine, and a plurality of fine flow paths having a width of 50 μm and a depth of 50 μm are formed on a plate-like member having an outer dimension of 50 mm × 50 mm × 1 mm A flow path side microchip substrate constituted by a plurality of through holes having an inner diameter of 2 mm was produced. This flow path side microchip substrate corresponds to the microchip substrate 10 in which the fine flow path 11 in the above embodiment is formed. Similarly, a cover side microchip substrate having an outer dimension of 50 mm × 50 mm × 1 mm was produced. This cover side microchip substrate corresponds to the microchip substrate 13 functioning as a lid (cover) in the second embodiment.
(Activation process)
Using an excimer light irradiation unit (model UER20-172C) manufactured by Ushio Electric Co., Ltd., excimer light was applied to the surface of the flow path side microchip substrate and the cover side microchip substrate under the conditions of a wavelength of 172 nm and a radiation intensity of 10 mW / cm 2. Irradiated for 2 seconds. As a result, the surface of the flow path side microchip substrate on which the fine flow path was formed and the surface of the cover side microchip substrate were activated. The contact angle between the surface of the flow path side microchip substrate and the surface of the cover side microchip substrate after the excimer light irradiation was about 10 °.
また、光電子分光装置（ＥＳＣＡ）を使用して流路側マイクロチップ基板とカバー側マイクロチップ基板の表面状態を測定したところ、離型剤由来の成分は付着していないことが確かめられた。さらに、飛行時間型二次イオン質量分析装置（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）を使用し、流路側マイクロチップ基板とカバー側マイクロチップ基板の表面状態を測定したところ、ヒドロキシル基（−ＯＨ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、アルデヒド基（−ＣＨＯ）が生成されていることを確認した。
（接合）
そして、基板表面の活性状態が失われないように、紫外線照射後１分以内に流路側マイクロチップ基板とカバー側マイクロチップ基板を合わせ、１ｋｇｆ／ｃｍ２の力で圧着させ、基板同士を接合した。この接合によって、内径２ｍｍ、深さ１ｍｍの開口部（実施形態の開口部１２に相当する）が形成された。
（評価）
実施例２のマイクロチップをシリンジポンプにつなぎ、水を０．１３ＭＰａで圧送したところ、微細流路、開口部付近から液体が漏れることなく十分な密封性を示した。また、開口部の内面や微細流路の内面が紫外線照射によって活性化されたことにより親水性を有するため、水や試薬を圧送しなくても毛細管現象によって、開口部や微細流路にスムースに導入できるという効果があることも分かった。
（実施例３）
次に、実施例３について説明する。実施例３では、イオンビーム照射によってマイクロチップ基板の表面を活性化した。
（マイクロチップ基板）
射出成形機で透明樹脂材料の環状ポリオレフィン樹脂（日本ゼオン社製、ゼオノア）を成形し、外形寸法が５０ｍｍ×５０ｍｍ×１ｍｍの板状部材に幅５０μｍ、深さ５０μｍの複数の微細流路と、内径２ｍｍの複数の貫通孔で構成される流路側マイクロチップ基板を作製した。この流路側マイクロチップ基板が、上記実施形態における微細流路１１が形成されたマイクロチップ基板１０に相当する。また、同様に外形寸法が５０ｍｍ×５０ｍｍ×１ｍｍのカバー側マイクロチップ基板を作製した。このカバー側マイクロチップ基板が、実施形態における蓋（カバー）として機能するマイクロチップ基板１３に相当する。
（活性化処理）
（株）オプトラン製のＲＦイオンソース（形式ＯＩＳ−ｔｗｏ）を使用し、酸素ガス流量５０ｓｃｃｍ、アルゴンガス流量８ｓｃｃｍ、ビーム電圧５００Ｖ、ビーム電流４００ｍＡ、真空度１．５Ｅ−２Ｐａの条件にて、流路側マイクロチップ基板とカバー側マイクロチップ基板の表面にイオンビームを３０秒間照射した。これにより、流路側マイクロチップ基板の微細流路が形成された表面と、カバー側マイクロチップ基板の表面を活性化した。イオンビーム照射後の流路側マイクロチップ基板の表面とカバー側マイクロチップ基板の表面の接触角は、１５°程度であった。Moreover, when the surface state of the flow path side microchip board | substrate and the cover side microchip board | substrate was measured using the photoelectron spectrometer (ESCA), it was confirmed that the component derived from a mold release agent has not adhered. Furthermore, when the surface state of the flow path side microchip substrate and the cover side microchip substrate was measured using a time-of-flight secondary ion mass spectrometer (TOF-SIMS), a hydroxyl group (—OH), a carboxyl group (— COOH) and an aldehyde group (—CHO) were confirmed to be generated.
(Joining)
Then, in order not to lose the active state of the substrate surface, the flow path side microchip substrate and the cover side microchip substrate were combined within 1 minute after the ultraviolet irradiation, and the substrates were bonded together with a force of 1 kgf / cm 2 . . By this joining, an opening having an inner diameter of 2 mm and a depth of 1 mm (corresponding to the opening 12 in the embodiment) was formed.
(Evaluation)
When the microchip of Example 2 was connected to a syringe pump and water was pumped at 0.13 MPa, sufficient sealing performance was exhibited without leakage of liquid from the microchannel and the vicinity of the opening. In addition, since the inner surface of the opening and the inner surface of the fine flow path are hydrophilic by being activated by ultraviolet irradiation, the opening and the fine flow path can be smoothly formed by capillary action without pumping water or a reagent. It was also found that it can be introduced.
(Example 3)
Next, Example 3 will be described. In Example 3, the surface of the microchip substrate was activated by ion beam irradiation.
(Microchip substrate)
A transparent polyolefin material cyclic polyolefin resin (Zeonor, manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.) is molded by an injection molding machine, and a plurality of fine channels having a width of 50 μm and a depth of 50 μm are formed on a plate-like member having an outer dimension of 50 mm × 50 mm × 1 mm, A flow path side microchip substrate composed of a plurality of through holes having an inner diameter of 2 mm was produced. This flow path side microchip substrate corresponds to the microchip substrate 10 in which the fine flow path 11 in the above embodiment is formed. Similarly, a cover side microchip substrate having an outer dimension of 50 mm × 50 mm × 1 mm was produced. This cover-side microchip substrate corresponds to the microchip substrate 13 that functions as a lid (cover) in the embodiment.
(Activation process)
An RF ion source (type OIS-two) manufactured by OPTRAN Co., Ltd. was used, and the flow was performed under the conditions of an oxygen gas flow rate of 50 sccm, an argon gas flow rate of 8 sccm, a beam voltage of 500 V, a beam current of 400 mA, and a degree of vacuum of 1.5E-2 Pa. The surface of the roadside microchip substrate and the cover side microchip substrate was irradiated with an ion beam for 30 seconds. As a result, the surface of the flow path side microchip substrate on which the fine flow path was formed and the surface of the cover side microchip substrate were activated. The contact angle between the surface of the flow path side microchip substrate and the surface of the cover side microchip substrate after ion beam irradiation was about 15 °.
また、光電子分光装置（ＥＳＣＡ）を使用して流路側マイクロチップ基板とカバー側マイクロチップ基板の表面状態を測定したところ、離型剤由来の成分は付着していないことが確かめられた。さらに、飛行時間型二次イオン質量分析装置（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）を使用し、流路側マイクロチップ基板とカバー側マイクロチップ基板の表面状態を測定したところ、ヒドロキシル基（−ＯＨ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、アルデヒド基（−ＣＨＯ）が生成されていることを確認した。
（接合）
そして、基板表面の活性状態が失われないよう、イオンビーム照射後５分以内に大気開放してから、微細流路が形成された面を内側にして、流路側マイクロチップ基板とカバー側マイクロチップ基板を合わせ、１ｋｇｆ／ｃｍ２の力で圧着させ、基板同士を接合した。なお、実施例３においては、大気に開放した状態で基板同士を接合したが、イオンビーム照射後に大気開放せずに真空中で基板同士を圧着させれば、より強固に接合できる。この接合によって、内径２ｍｍ、深さ１ｍｍの開口部（実施形態の開口部１２に相当する）が形成された。
（評価）
実施例３のマイクロチップをシリンジポンプにつなぎ、水を０．１３ＭＰａで圧送したところ、微細流路、開口部付近から液体が漏れることなく十分な密封性を示した。また、開口部の内面や微細流路の内面がイオンビーム照射によって活性化されたことにより親水性を有するため、水や試薬を圧送しなくても毛細管現象によって、開口部や微細流路にスムースに導入できるという効果があることも分かった。
（実施例４）
次に、実施例４について説明する。実施例４では、プラズマ照射によってマイクロチップ基板の表面を活性化した。
（マイクロチップ基板）
射出成形機で透明樹脂材料の環状ポリオレフィン樹脂（日本ゼオン社製、ゼオノア）を成形し、外形寸法が５０ｍｍ×５０ｍｍ×１ｍｍの板状部材に幅５０μｍ、深さ５０μｍの複数の微細流路と、内径２ｍｍの複数の貫通孔で構成される流路側マイクロチップ基板を作製した。この流路側マイクロチップ基板が、上記実施形態における微細流路１１が形成されたマイクロチップ基板１０に相当する。また、カバー側マイクロチップ基板には、透明樹脂フィルム（日本ゼオン社製、ゼオノアフィルム）を流路側マイクロチップ基板と同様の大きさに切断して使用した。フィルムの厚さは１００μｍである。このフィルム状のカバー側マイクロチップ基板が、実施形態における蓋（カバー）として機能するマイクロチップ基板１３に相当する。
（活性化処理）
サムコ（株）製のプラズマドライクリーナー（形式ＰＣ−１０００）を使用し、酸素ガス流量２００ｓｃｃｍ、ＲＦ出力４００Ｗ、真空度５０Ｐａの条件にて、流路側マイクロチップ基板とカバー側マイクロチップ基板の表面にプラズマを５分間照射した。これにより、流路側マイクロチップ基板の微細流路が形成された表面と、カバー側マイクロチップ基板の表面を活性化した。プラズマ照射後の流路側マイクロチップ基板の表面とカバー側マイクロチップ基板の表面の接触角は、１０°程度であった。Moreover, when the surface state of the flow path side microchip board | substrate and the cover side microchip board | substrate was measured using the photoelectron spectrometer (ESCA), it was confirmed that the component derived from a mold release agent has not adhered. Furthermore, when the surface state of the flow path side microchip substrate and the cover side microchip substrate was measured using a time-of-flight secondary ion mass spectrometer (TOF-SIMS), a hydroxyl group (—OH), a carboxyl group (— COOH) and an aldehyde group (—CHO) were confirmed to be generated.
(Joining)
Then, in order not to lose the active state of the substrate surface, after opening to the atmosphere within 5 minutes after irradiation with the ion beam, the channel side microchip substrate and the cover side microchip are arranged with the surface on which the fine channel is formed facing inward. The substrates were combined and pressed with a force of 1 kgf / cm 2 to bond the substrates together. In Example 3, the substrates are bonded to each other while being opened to the atmosphere. However, if the substrates are bonded together in a vacuum without being released to the atmosphere after the ion beam irradiation, the substrates can be bonded more firmly. By this joining, an opening having an inner diameter of 2 mm and a depth of 1 mm (corresponding to the opening 12 in the embodiment) was formed.
(Evaluation)
When the microchip of Example 3 was connected to a syringe pump and water was pumped at 0.13 MPa, sufficient sealing performance was exhibited without leakage of liquid from the microchannel and the vicinity of the opening. In addition, since the inner surface of the opening and the inner surface of the fine channel are activated by the ion beam irradiation, they have hydrophilicity, so that the opening and the fine channel can be smoothed by capillary action without pumping water or a reagent. It was also found that there is an effect that can be introduced into.
Example 4
Next, Example 4 will be described. In Example 4, the surface of the microchip substrate was activated by plasma irradiation.
(Microchip substrate)
A transparent polyolefin material cyclic polyolefin resin (Zeonor, manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.) is molded by an injection molding machine, and a plurality of fine channels having a width of 50 μm and a depth of 50 μm are formed on a plate-like member having an outer dimension of 50 mm × 50 mm × 1 mm, A flow path side microchip substrate composed of a plurality of through holes having an inner diameter of 2 mm was produced. This flow path side microchip substrate corresponds to the microchip substrate 10 in which the fine flow path 11 in the above embodiment is formed. For the cover side microchip substrate, a transparent resin film (manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd., ZEONOR film) was cut into the same size as the flow path side microchip substrate. The thickness of the film is 100 μm. This film-like cover-side microchip substrate corresponds to the microchip substrate 13 that functions as a lid (cover) in the embodiment.
(Activation process)
Using a plasma dry cleaner (model PC-1000) manufactured by Samco Co., Ltd. on the surface of the flow path side microchip substrate and the cover side microchip substrate under the conditions of an oxygen gas flow rate of 200 sccm, an RF output of 400 W, and a vacuum degree of 50 Pa. Plasma was irradiated for 5 minutes. As a result, the surface of the flow path side microchip substrate on which the fine flow path was formed and the surface of the cover side microchip substrate were activated. The contact angle between the surface of the flow path side microchip substrate after the plasma irradiation and the surface of the cover side microchip substrate was about 10 °.
また、光電子分光装置（ＥＳＣＡ）を使用して流路側マイクロチップ基板とカバー側マイクロチップ基板の表面状態を測定したところ、離型剤由来の成分は付着していないことが確かめられた。さらに、飛行時間型二次イオン質量分析装置（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）を使用し、流路側マイクロチップ基板とカバー側マイクロチップ基板の表面状態を測定したところ、ヒドロキシル基（−ＯＨ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、アルデヒド基（−ＣＨＯ）が生成されていることを確認した。
（接合）
そして、基板表面の活性状態が失われないよう、プラズマ照射後５分以内に大気開放してから、微細流路が形成された面を内側にして、流路側マイクロチップ基板とカバー側マイクロチップ基板を合わせ、１ｋｇｆ／ｃｍ２の力で圧着させ、基板同士を接合した。なお、実施例４においては、大気に開放した状態で基板同士を接合したが、プラズマ照射後に大気開放せずに真空中で基板同士を圧着させれば、より強固に接合できる。この接合によって、内径２ｍｍ、深さ１ｍｍの開口部（実施形態の開口部１２に相当する）が形成された。
（評価）
実施例４のマイクロチップをシリンジポンプにつなぎ、水を０．１３ＭＰａで圧送したところ、微細流路、開口部付近から液体が漏れることなく十分な密封性を示した。また、開口部の内面や微細流路の内面がプラズマ照射によって活性化されたことにより親水性を有するため、水や試薬を圧送しなくても毛細管現象によって、開口部や微細流路にスムースに導入できるという効果があることも分かった。Moreover, when the surface state of the flow path side microchip board | substrate and the cover side microchip board | substrate was measured using the photoelectron spectrometer (ESCA), it was confirmed that the component derived from a mold release agent has not adhered. Furthermore, when the surface state of the flow path side microchip substrate and the cover side microchip substrate was measured using a time-of-flight secondary ion mass spectrometer (TOF-SIMS), a hydroxyl group (—OH), a carboxyl group (— COOH) and an aldehyde group (—CHO) were confirmed to be generated.
(Joining)
Then, in order not to lose the active state of the substrate surface, after opening to the atmosphere within 5 minutes after the plasma irradiation, the flow path side microchip substrate and the cover side microchip substrate with the surface on which the fine flow path is formed facing inside Were bonded together with a force of 1 kgf / cm 2 to bond the substrates together. In Example 4, the substrates are bonded to each other while being opened to the atmosphere. However, if the substrates are bonded together in a vacuum without being released to the atmosphere after the plasma irradiation, the substrates can be bonded more firmly. By this joining, an opening having an inner diameter of 2 mm and a depth of 1 mm (corresponding to the opening 12 in the embodiment) was formed.
(Evaluation)
When the microchip of Example 4 was connected to a syringe pump and water was pumped at 0.13 MPa, sufficient sealing performance was exhibited without leakage of liquid from the microchannel and the vicinity of the opening. In addition, since the inner surface of the opening and the inner surface of the fine flow path are hydrophilic by being activated by plasma irradiation, the opening and the fine flow path can be smoothly formed by capillary action without pumping water or a reagent. It was also found that it can be introduced.
以上のように、実施例１から実施例４によると、マイクロチップ基板の表面を、紫外線照射、イオンビーム照射、又はプラズマ照射によって活性化させることで、微細流路の内面を親水化させることができ、さらに、微細流路を破壊することなく、マイクロチップ基板同士を接合することが可能となる。なお、実施例１から実施例４に示したマイクロチップ基板の材料は１例であり、この発明がこれらに限定されるものではない。 As described above, according to Examples 1 to 4, the inner surface of the microchannel can be made hydrophilic by activating the surface of the microchip substrate by ultraviolet irradiation, ion beam irradiation, or plasma irradiation. In addition, the microchip substrates can be bonded to each other without destroying the fine flow path. In addition, the material of the microchip board | substrate shown in Example 1- Example 4 is one example, This invention is not limited to these.
Claims (15)
前記２つの樹脂製基板のそれぞれに対して前記接合する面を活性化し、その後、圧力を加えながら前記２つの樹脂製基板を接合することを特徴とするマイクロチップの製造方法。At least one of the two resin substrates has a channel groove on the surface, and the two resin substrates are joined with the surface on which the channel groove is formed inside. A microchip manufacturing method comprising:
A method of manufacturing a microchip, comprising: activating the surfaces to be bonded to each of the two resin substrates, and then bonding the two resin substrates while applying pressure.
前記２つの樹脂製基板の厚さが０．５ｍｍ〜２．０ｍｍであり、
前記２つの樹脂製基板のそれぞれにおける前記接合する面が活性化されていることを特徴とするマイクロチップ。A channel groove is formed in at least one of the two resin substrates, and the two resin substrates are joined with the surface on which the channel groove is formed inside. A chip,
The thickness of the two resin substrates is 0.5 mm to 2.0 mm,
2. The microchip according to claim 1, wherein the surfaces to be joined in each of the two resin substrates are activated.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007007814 | 2007-01-17 | ||
| JP2007007814 | 2007-01-17 | ||
| PCT/JP2007/072927 WO2008087800A1 (en) | 2007-01-17 | 2007-11-28 | Process for producing microchip, and microchip |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPWO2008087800A1 true JPWO2008087800A1 (en) | 2010-05-06 |
Family
ID=39635806
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2008553977A Pending JPWO2008087800A1 (en) | 2007-01-17 | 2007-11-28 | Microchip manufacturing method and microchip |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPWO2008087800A1 (en) |
| WO (1) | WO2008087800A1 (en) |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2389289A4 (en) * | 2009-01-23 | 2012-11-07 | Univ Drexel | Apparatus and methods for detecting inflammation using quantum dots |
| JPWO2010092726A1 (en) * | 2009-02-12 | 2012-08-16 | コニカミノルタアドバンストレイヤー株式会社 | Sample analysis method and microanalysis chip used therefor |
| EP2633970B1 (en) * | 2010-10-29 | 2016-01-06 | Konica Minolta, Inc. | Shaping die, microchip manufactured using die, and manufacturing apparatus for manufacturing microchip |
| WO2012057101A1 (en) * | 2010-10-29 | 2012-05-03 | コニカミノルタオプト株式会社 | Microchip, microchip shaping die, and manufacturing apparatus for manufacturing microchip |
| WO2012077383A1 (en) * | 2010-12-06 | 2012-06-14 | アルプス電気株式会社 | Method for manufacturing microchip |
| JP5152361B2 (en) | 2011-04-20 | 2013-02-27 | ウシオ電機株式会社 | Work bonding method and bonding apparatus |
| JPWO2016060080A1 (en) * | 2014-10-15 | 2017-07-06 | ウシオ電機株式会社 | How to bond workpieces |
| JP6195022B2 (en) | 2015-03-19 | 2017-09-13 | ウシオ電機株式会社 | How to bond workpieces |
| JP6578127B2 (en) | 2015-05-08 | 2019-09-18 | 株式会社フコク | Manufacturing method of microfluidic device |
| JP6112140B2 (en) * | 2015-05-20 | 2017-04-12 | ウシオ電機株式会社 | Work bonding method and light irradiation device |
| JP2017217617A (en) * | 2016-06-08 | 2017-12-14 | 住友ベークライト株式会社 | Channel device |
| JP6394651B2 (en) | 2016-07-15 | 2018-09-26 | ウシオ電機株式会社 | Substrate bonding method and microchip manufacturing method |
| WO2018216804A1 (en) * | 2017-05-25 | 2018-11-29 | ポリプラスチックス株式会社 | Resin molded article bonding method |
| JP6939415B2 (en) | 2017-10-27 | 2021-09-22 | ウシオ電機株式会社 | Microchip |
| JP7347931B2 (en) | 2018-12-26 | 2023-09-20 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | Film for microfluidic device, microfluidic device and manufacturing method thereof |
| CN114364974A (en) * | 2019-11-11 | 2022-04-15 | Nok株式会社 | Method for manufacturing particle analyzer and particle analyzer |
| WO2022044505A1 (en) * | 2020-08-25 | 2022-03-03 | 富士フイルム株式会社 | Microchannel device, method for producing oil droplets, method for producing bubbles, method for producing microcapsules, method for producing multiple emulsion, method for producing bubble-encapsulating droplet, and method for producing microchannel device |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3813566B2 (en) * | 2002-10-15 | 2006-08-23 | 株式会社エンプラス | Resin chip |
| JP4520166B2 (en) * | 2004-02-02 | 2010-08-04 | 独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構 | Resin microchannel substrate and manufacturing method thereof |
| JP4993243B2 (en) * | 2005-01-06 | 2012-08-08 | 日本フイルコン株式会社 | Manufacturing method of resin microchannel chemical device and resin microchannel chemical device structure manufactured by the manufacturing method |
-
2007
- 2007-11-28 WO PCT/JP2007/072927 patent/WO2008087800A1/en active Application Filing
- 2007-11-28 JP JP2008553977A patent/JPWO2008087800A1/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2008087800A1 (en) | 2008-07-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPWO2008087800A1 (en) | Microchip manufacturing method and microchip | |
| JP4993243B2 (en) | Manufacturing method of resin microchannel chemical device and resin microchannel chemical device structure manufactured by the manufacturing method | |
| EP2096445B1 (en) | Microchip substrate bonding method and microchip | |
| JP6422197B2 (en) | Method for manufacturing a microchemical chip | |
| JP6353451B2 (en) | Micro chemical chip and reaction device | |
| WO2011089892A1 (en) | Method for bonding hardened silicone resin, method for joining substrate having fine structure, and method for manufacturing micro fluid device using the method for joining. | |
| JP5229215B2 (en) | Microchip manufacturing method | |
| US20070141805A1 (en) | Method for bonding plastic micro chip | |
| EP1864784A1 (en) | Method for bonding substrates, method for forming chip, and chip | |
| WO2010038897A1 (en) | Analytic instrument and method for manufacturing same | |
| JP2009173894A (en) | Method for bonding resin by light irradiation, process for producing resin article, resin article produced using the same, method for producing microchip, and microchip produced using the same | |
| JP6764222B2 (en) | Microchemical chips and their manufacturing methods | |
| WO2010131514A1 (en) | Microchip | |
| JP2007240461A (en) | Plastic microchip, joining method therefor, and biochip or micro analytical chip using the same | |
| JP2009166416A (en) | Method for manufacturing microchip, and microchip | |
| WO2014010299A1 (en) | Microchip and method for producing microchip | |
| JPWO2008090701A1 (en) | Microchip manufacturing method and microchip substrate bonding apparatus | |
| JP2017001119A (en) | Microchemical chip and method for producing the same | |
| JP5239871B2 (en) | Microchip and manufacturing method of microchip | |
| JP5516954B2 (en) | Method for bonding substrates having fine structure and method for manufacturing microfluidic device using the bonding method | |
| JP5239870B2 (en) | Microchip and manufacturing method of microchip | |
| JP4072175B2 (en) | Substrate bonding method, chip forming method, and chip | |
| US7842343B2 (en) | Method of producing analytical tool | |
| WO2009101850A1 (en) | Method for manufacturing microchip and microchip | |
| Ali et al. | Leakage-Free Nucleic Acid Biochip Featuring Bioinert Photocurable Inhibitor |