JPWO2016017411A1 - 成形用金型、成形用金型の製造方法、マイクロミキサー、マイクロミキサーの製造方法、マイクロ流体チップおよびマイクロ流体チップの製造方法 - Google Patents

Abstract

液体の残渣の発生と離型に伴うキズやゴミの発生とを抑制しうるマイクロミキサーを製造することができる成形用金型が開示されている。成形用金型（１１４）は、垂直面を有するマイクロミキサーまたはこれを含むマイクロ流体チップを成形するための金型である。成形用金型（１１４）では、前記マイクロミキサーを形成するための凸部（１１８）を有し、凸部（１１８）の表面粗さが０．０１〜５μｍである。

Description

本発明は成形用金型およびその製造方法に関し、特に樹脂成形品たるマイクロミキサーまたはこれを含むマイクロ流体チップにおける液体の残渣の発生と離型に伴うキズやゴミの発生とを抑制しうる技術に関する。

従来から、試験用血液のような液体を微細流路に供給し、その液体の混合や反応を行うマイクロ流体チップが知られている（特許文献１参照）。
特許文献１の技術では、混合槽（３０）の液体注入口（３０ｉｎ）の配置や混合槽の底部（３０ｂｔ）の形状などを工夫し、マイクロミキサーとしての混合槽内での液体の混合や混合槽における液体の残渣の低減を実現しようとしている（図５〜図８、図１１〜図１６など参照）。特許文献１では、これらを促進するために、混合槽の内壁の表面に対しフッ素コーティングのような撥水加工を施すのがよい旨示唆されている（段落００８１など参照）。
特許文献２にも、液体の残渣を低減する技術が開示されている。特許文献２では、対象部位（抽出口近傍部３０２ｂ）に対し周知の撥水性材料をコーティングして、その内表面の水接触角や表面粗さを一定範囲に制御し、液体の残渣の低減を図ろうとしている（段落００４６、００５５〜００５６など参照）。
しかし、特許文献１、２のように、撥水コーティング技術を利用するのは、コーティングの膜が経時劣化により剥離しうるため、液体の残渣を低減する技術としては十分とはいえない側面もある。

他方で、特許文献１に記載されるような、試験液などの液体を混合するための混合槽の形状として、その内壁面に液体が付着して液残りがおきないよう、すなわち内壁面が水平面に直交する垂直面を有する混合槽を成形する際には、キャビティ（成形空間）に対し垂直に立設された凸部を有する金型を使用する必要がある。垂直面の加工としては、旋盤を使用して加工する方法が一般的ではあるが、特許文献１に記載されるような混合槽形状の場合、その底部が軸対称でないため、かかる金型の加工方法としては、Ｒ１ボールエンドカッターを用いるマシニングセンタ加工が考えられる。
特許文献１では特に加工方法についてまで言及されていないものの、たとえば、加工ピッチを０．０５ｍｍと設定したような場合には、カッターの円弧形状同士の交点で、金型の側面には理論上０．０５ｍｍの間隔の加工跡が形成されるが、加工精度のばらつきなどで、０．０５ｍｍ以上の間隔が形成されることがある。また使用するボールエンドカッターの刃先形状にもよるが、最小の高さであっても０．０００３ｍｍの高さの「山（凹凸）」が形成される。かかる加工により形成された金型を用いて混合槽を成形しようとすると、金型の加工時にできた凹凸が、樹脂成形品の内壁面に転写され、なおかつ離型時において当該凹凸が樹脂成形品に摺動し、その表面にキズが形成されゴミも発生しやすくなる。またマシニングセンタ加工の加工プログラムが同じであっても、カッターの摩耗度合により上記の理論上の凹凸を再現し難く、金型の凹凸バラツキを生じる。
仮に、特許文献２に記載されている技術、すなわちブラスト処理した金型面を転写し、成形品の表面粗さを一定範囲に制御するような技術であっても、特許文献２ではかかる金型面の転写を受ける対象部位（抽出口近傍部３０２ｂ）がテーパー状を呈しているため（段落００５８など参照）、当該対象部位の内壁面が傾斜しており、離型時におけるキズやゴミの発生は想定されておらず、かかる技術をそのまま転用することはできない。

特許第５０２９６６９号公報 特開２００５−３５３０３０号公報

したがって、本発明の主な目的は、垂直面を有するマイクロミキサーまたはこれを含むマイクロ流体チップであって、液体の残渣の発生と離型に伴うキズやゴミの発生とを抑制しうるマイクロミキサーまたはこれを含むマイクロ流体チップを製造することができる金型およびその製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の一態様によれば、
垂直面を有するマイクロミキサーまたはこれを含むマイクロ流体チップを成形するための成形用金型において、
前記マイクロミキサーを形成するための凸部を有し、
前記凸部の表面粗さが０．０１〜５μｍであることを特徴とする成形用金型が提供される。

本発明の他の態様によれば、
前記成形用金型を製造するための成形用金型の製造方法において、
母材に対し、ボールエンドカッターを用いたマシニングセンタ加工を施し、前記マイクロミキサーを形成するための凸部前駆体を形成する工程と、
前記凸部前駆体の表面に対し、鏡面磨き処理、イエプコ処理またはブラスト処理を施し、当該表面の表面粗さを０．０１〜５μｍとする工程と、
を備えることを特徴とする成形用金型の製造方法が提供される。

本発明によれば、撥水コーティングを行わなくても、液体の残渣の発生と離型に伴うキズやゴミの発生とを抑制しうるマイクロミキサーまたはこれを有するマイクロ流体チップを製造することができる。

マイクロ流体チップの概略構成を示す断面模式図である。 マイクロ流体チップにおける試験液の動きを示す図である。 マイクロ流体チップにおける試験液の動きを示す図である。 マイクロ流体チップにおける試験液の動きを示す図である。 混合槽の構造を示す断面模式図である。 混合槽の構造を示す平面模式図である。 混合槽の構造を説明するための図である。 混合槽における試験液の対流を説明するための図である。 比較例に係る混合槽の構造を説明するための図である。 比較例に係る混合槽における試験液の対流を説明するための図である。 混合槽における試験液の挙動を模式的に示す図である。 混合槽における試験液の挙動を模式的に示す図である。 混合槽における試験液の挙動を模式的に示す図である。 混合槽における試験液の挙動を模式的に示す図である。 混合槽における試験液の挙動を模式的に示す図である。 混合槽における試験液の挙動を模式的に示す図である。 射出成形装置の概略構成を示す図である。 射出成形装置のエジェクター機構が作動した状態を示す図である。 送液試験で使用する送液装置の概略的な構成を示す図である。

以下、本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。

＜(1)マイクロ流体チップの概略構成＞
図１は、マイクロ流体チップ１の概略構成を示す断面模式図である。図１および図１以降のその他の図には、方位関係を明確化することを目的として、相互に直交するＸＹＺの３軸が付されている。

マイクロ流体チップ１は、例えば、幅および深さが数μｍから数百μｍの微細流路に液体を供給し、液体を構成する分子や粒子の挙動に基づいて液体の混合や反応を行なう装置である。そして、該マイクロ流体チップ１は、ブロック状の本体部１０と、該本体部１０内において直線状に延在する微細流路２０と、該微細流路２０に流す試験液の混合を促進する混合槽３０と、微細流路２０に対して試験液および空気の注入および排出を行う注入排出口４０と、微細流路２０内にその反応面が露出するように設けられる反応部５０とを備える。

本体部１０は、低コストで使い捨て可能な樹脂を用いて構成され、具体的には熱可塑性樹脂が用いられる。熱可塑性樹脂としては、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を用いることが好ましく、これらの中でもポリメタクリル酸メチル、環状ポリオレフィンをもちいることが特に好ましい。
本体部１０は、例えば、幅が５０ｍｍ、奥行きが５０ｍｍ、高さが１０ｍｍ程度のサイズを有する。また、該本体部１０を構成する複数の部分が別々に切削加工や射出成形によって形成され、該複数の部分が接着剤等によって接合されることで、本体部１０が完成される。

微細流路２０は、例えば、幅が１〜３ｍｍ、高さが数十μｍ〜１ｍｍ程度のサイズを有するが、これに限定されるものではない。また、流路長には特に制限はないが、流路の条件（サイズ等）によって、微細流路２０における試験液の流れが層流となる場合には、本発明がより有効に働き、大きな効果をもたらす。

混合槽３０は、微細流路２０の一方の端部に連通するように設けられ、該混合槽３０内に注入される試験液の混合および攪拌を行う微小な混合機（マイクロミキサー）として働く。また、該混合槽３０は、試験液の規定量以上の容積を有する。そして、該混合槽３０は、後述するように、試験液の混合および攪拌が促進され易い構造を有する。

注入排出口４０は、微細流路２０の他方の端部に連通するように設けられる。また、注入排出口４０には、試験液の供給源が接続されるとともに、該試験液の注入および排出を行うポンプが接続される。なお、注入排出口４０からの試験液の注入および注入排出口４０からの試験液の排出を行うポンプは、混合槽３０に対して接続されても良い。

反応部５０は、微細流路２０のうちの混合槽３０および注入排出口４０がそれぞれ連通される部分の中間位置であって、該微細流路２０の下面に設けられる。そして、反応部５０では、該反応部５０の近傍を通る試験液の内部に拡散している生化学物質が反応する。なお、上記試験液としては、例えば、生体から採取された血液を遠心分離して得られた血漿等が挙げられ、試験液に含まれる生化学物質としては、血液中に存在する各種の抗原等が挙げられる。また、反応部５０を構成する反応物質としては、例えば、上記抗原に対して特異的に反応し得る抗体等が挙げられる。

＜(2)マイクロ流体チップにおける試験液の大まかな流れ＞
図２から図４は、マイクロ流体チップ１における試験液Ｅｘの大まかな流れを説明するための図である。

試験に際しては、まず、図２で示されるように、マイクロ流体チップ１の外部から注入排出口４０を介して微細流路２０に試験液Ｅｘが注入されるとともに、該試験液Ｅｘが微細流路２０を通って混合槽３０に注入される。そして、図３で示されるように、試験液Ｅｘが混合槽３０に一旦貯留された状態となる。次に、図４で示されるように、混合槽３０に貯留されている試験液Ｅｘが、微細流路２０を通り、注入排出口４０からマイクロ流体チップ１の外部へ排出される。

このようなマイクロ流体チップ１に対する試験液Ｅｘの注入から排出に至る期間において、試験液Ｅｘが反応部５０において反応する。具体的には、試験液Ｅｘが、注入排出口４０から混合槽３０に移動する際、および混合槽３０から注入排出口４０に移動する際のそれぞれにおいて、試験液Ｅｘが反応部５０において反応する。

ここで、微細流路２０における試験液Ｅｘの流れが層流となる場合には、試験液Ｅｘのうちの反応部５０近傍における生化学物質の濃度が、反応部５０との反応によって薄まる。このため、試験液Ｅｘが注入排出口４０から混合槽３０に移動する際に、試験液Ｅｘは、反応部５０との反応によって、微細流路２０の上部を流れる生化学物質の濃度が相対的に高い試験液（高濃度試験液）と、微細流路２０の下部を流れる生化学物質の濃度が相対的に低い試験液（低濃度試験液）とに分かれる。

そして、微細流路２０における試験液Ｅｘの流れが層流であるため、微細流路２０以外の部分で、高濃度試験液と低濃度試験液との混合および攪拌がなされなければ、微細流路２０を通って注入排出口４０から試験液Ｅｘが排出される際に、試験液Ｅｘと反応部５０との反応が進行し難い。しかしながら、本実施形態に係るマイクロ流体チップ１では、後述するように、混合槽３０が、試験液Ｅｘの混合および攪拌がなされ易い構造を有する。

このため、混合槽３０において高濃度試験液と低濃度試験液とが混合されることで生成される混合液体としての試験液Ｅｘが、混合槽３０から排出される際に、微細流路２０の下部の内壁面近傍に設けられる反応部５０と反応する。

なお、マイクロ流体チップ１から試験液Ｅｘが排出された後に、例えば、反応部５０の固相化面の光学的特性の変化を外部から検出することで、抗原と抗体との免疫反応が測定される。この際の検出には、光学機器が使われても良いし、肉眼による目視が利用されても良い。本体部１０の材質が透明な樹脂等で構成されていれば、外部からの観察は容易である。

＜(3)混合槽の構造＞
図５は、混合槽３０の構造を示す断面模式図であり、図６は、混合槽３０の構造を示す上面模式図である。なお、図５では、混合槽３０のＸＺ平面に平行な断面（ＸＺ断面）が示され、図６では、混合槽３０を＋Ｚ方向から見た図が示されている。

図５および図６で示されるように、混合槽３０は、上方（＋Ｚ方向）が開放され、底部３０ｂｔに液体注入口３０ｉｎが設けられた槽部である。

混合槽３０の内壁によって囲まれる空間（内部空間領域）３０ｓｐは、液体注入口３０ｉｎの近傍を除いてＺ軸に垂直な平面に平行な断面（ＸＹ断面）の形状が、略円形となるように形成される。別の観点から言えば、内部空間領域３０ｓｐは、液体注入口３０ｉｎの近傍を除いてＺ軸に平行な軸Ｌ１を中心とした全方向について回転対称となるような形状を有する。更に換言すれば、軸Ｌ１は、液体注入口３０ｉｎの近傍を除く、内部空間領域３０ｓｐの各ＸＹ断面の重心位置を上下方向（Ｚ軸の方向）に貫く直線となる。以下では、該軸Ｌ１を、混合槽３０の中心を示す線（中心線）とも称する。

なお、内部空間領域３０ｓｐの複数のＸＹ断面の重心位置が、一本の直線上に乗らない場合には、該複数のＸＹ断面の重心位置から、近似計算によって複数のＸＹ断面の重心位置を近似的に貫く直線が中心線Ｌ１として求められても良い。

また、内部空間領域３０ｓｐを形成する混合槽３０の内壁の側面（側壁部）３０ｓｗは、Ｚ軸に略平行な壁面を構成する。

液体注入口３０ｉｎは、混合槽３０の底部３０ｂｔのうち、軸Ｌ１から−Ｘ方向にずれた位置に設けられる。該液体注入口３０ｉｎは、微細流路２０と連通される。このため、微細流路２０から液体注入口３０ｉｎを介して内部空間領域３０ｓｐに対して試験液Ｅｘが注入される。なお、液体注入口３０ｉｎと微細流路２０とを繋ぐ流路は、Ｚ軸に沿った方向に延設されるため、液体注入口３０ｉｎから内部空間領域３０ｓｐに注入される試験液Ｅｘの流れの方向は、＋Ｚ方向となる。また、液体注入口３０ｉｎは、混合槽３０に貯留される試験液Ｅｘを微細流路２０に向けて排出する役割も果たす。

底部３０ｂｔは、その内部空間領域３０ｓｐのＸＹ断面が、下方（−Ｚ方向）に行けば行くほど狭くなる部分である。具体的には、液体注入口３０ｉｎに近づけば近づく程、底部３０ｂｔの内部空間領域３０ｓｐのＸＹ断面が狭くなる。そして、液体注入口３０ｉｎは、底部３０ｂｔの中央からずれた位置に設けられる。

なお、ここで言う底部３０ｂｔの中央とは、該底部３０ｂｔのうち、該底部３０ｂｔをＸＹ平面に投影した平面領域の重心点を上下方向（Ｚ軸の方向）に貫く直線が通る部分である。また、底部３０ｂｔの中央は、内部空間領域３０ｓｐのうちの底部３０ｂｔが形成する空間領域の複数のＸＹ断面の重心を上下方向（Ｚ軸の方向）に貫く近似直線が通る部分であっても良い。また、ここでは、底部３０ｂｔの中央は、軸Ｌ１が通る部分と略同一となる。

また、底部３０ｂｔは、液体注入口３０ｉｎと液溜部３０ｐｈと傾斜部３０ｔｐとを有する。液溜部３０ｐｈは、下に凸の略半円球状の空間を形成する部分である。また、傾斜部３０ｔｐは、軸Ｌ１が通る点の近傍の部分から液体注入口３０ｉｎに向けて略一定の傾斜を有する。

図６で示されるように、傾斜部３０ｔｐは、上方（＋Ｚ方向）から見た場合、液体注入口３０ｉｎの部分を要とした扇型状の形状を有する面（図６の斜線部）を備えて構成される。つまり、傾斜部３０ｔｐは、液体注入口３０ｉｎに向けて先細りする。また、傾斜部３０ｔｐでは、液体注入口３０ｉｎを基準として、何れの方向に進んでも一定の傾斜が保たれる形態を有する。この傾斜部３０ｔｐの存在により、液体注入口３０ｉｎからの試験液Ｅｘの排出が促進されるため、混合槽３０内における試験液Ｅｘの残留が抑制される。そして、混合槽３０に液体が残留し難くなれば、試験液Ｅｘの無駄遣いも抑制される。

また、液体注入口３０ｉｎから傾斜部３０ｔｐ上の何れの方向に進んでも、液溜部３０ｐｈに差し掛かる部分において、傾斜部３０ｔｐが水平面と成す角度が急激に変化する。このため、傾斜部３０ｔｐおよび液溜部３０ｐｈの何れの曲面も、傾斜部３０ｔｐと液溜部３０ｐｈとの境界において不連続となり、該境界付近に緩やかに突起する凸部に相当する部分が形成される。

図７は、混合槽３０の構造を別の観点から説明するための図であり、図７では、図５と同様に、混合槽３０のＸＺ平面に平行な断面（ＸＺ断面）が示され、液体注入口３０ｉｎの中央を通り且つ上方（＋Ｚ方向）に仮想的に延伸される線（仮想線）Ｌ２が付されている。

図７で示されるように、同じＺ座標については、仮想線Ｌ２から−Ｘ方向に係る混合槽３０の内壁面までの距離Ｄ１と、仮想線Ｌ２から＋Ｘ方向に係る混合槽３０の内壁面までの距離Ｄ２とが異なる。換言すれば、内部空間領域３０ｓｐの水平方向に沿ったＸＹ断面において、仮想線Ｌ２が通る位置から一方向（例えば、−Ｘ方向）に係る内壁までの距離Ｄ１と、仮想線Ｌ２が通る位置から一方向とは反対方向（例えば、＋Ｘ方向）に係る内壁までの距離Ｄ２とが異なる。

更に、混合槽３０の内壁の傾きの変化に着目すれば、図７で示されるように、混合槽３０の内壁は、液体注入口３０ｉｎを基準として−Ｘ方向に向かう方が、液体注入口３０ｉｎを基準として＋Ｘ方向に向かう場合よりも、相対的に短いＸ座標の変化に応じて、垂直方向に延びる側壁部３０ｓｗに至る。

換言すれば、混合槽３０の内壁が水平面（ＸＹ平面）と成す角度の変化量（内壁角度変化量）に着目すると、液体注入口３０ｉｎの位置を基準とした場合には、＋Ｘ方向への所定距離の移動に対する内壁角度変化量と、−Ｘ方向への所定距離の移動に対する内壁角度変化量とが異なる。

更に換言すれば、以下で定義される第１の変化量と第２の変化量とが異なる。ここでは、第１の変化量は、混合槽３０の内壁面上を底部３０ｂｔから側壁部３０ｓｗに至るまでの間に、液体注入口３０ｉｎから第１の方向（例えば、−Ｘ方向）に所定距離進む経路において内壁面と水平面（ここでは、ＸＹ平面）とが成す角度が変化する量に相当する。また、第２の変化量は、混合槽３０の内壁面上を底部３０ｂｔから側壁部３０ｓｗに至るまでの間に、液体注入口３０ｉｎから第１の方向とは反対の第２の方向（例えば、＋Ｘ方向）に所定距離進む経路において内壁面と水平面（ここでは、ＸＹ平面）とが成す角度が変化する量に相当する。

本実施形態では、底部３０ｂｔの中央から第１の方向にずれた位置に液体注入口３０ｉｎが設けられるとともに、混合槽３０の底部３０ｂｔのうちの液体注入口３０ｉｎを基準とした第２の方向に傾斜部３０ｔｐが設けられる。これにより、第１の変化量が、第２変化量よりも相対的に大きくなっている。

＜(4)混合槽において生じる試験液の対流＞
図８は、液体注入口３０ｉｎから内部空間領域３０ｓｐに注入される試験液Ｅｘの対流について説明するための図である。図８では、太線の矢印によって、高濃度試験液および低濃度試験液の大まかな流れが示されている。

上述したように、液体注入口３０ｉｎは、混合槽３０の中心線Ｌ１からずれた位置に設けられるとともに、底部３０ｂｔの中央からずれた位置に設けられる。このため、内部空間領域３０ｓｐのうち、仮想線Ｌ２を基準とした−Ｘ側の空間領域が、液体注入口３０ｉｎを基準とした＋Ｘ側の空間領域よりも狭い。

このような構造により、液体注入口３０ｉｎの−Ｘ側の部分から注入される試験液Ｅｘ（高濃度試験液）は、内部空間領域３０ｓｐのうちの−Ｘ側の空間領域に一旦は流れ込む。しかしながら、該−Ｘ側の空間領域が狭いため、該高濃度試験液は、内部空間領域３０ｓｐのうちの＋Ｘ側の空間領域に流れ込み易い。そして、この高濃度試験液の流れは、液体注入口３０ｉｎの＋Ｘ側の部分から内部空間領域３０ｓｐのうちの＋Ｘ側の空間領域に注入される試験液Ｅｘ（低濃度試験液）の流れに合流され易い。このため、混合槽３０の構造によって、高濃度試験液と低濃度試験液とが混合および攪拌され易い試験液Ｅｘの対流が生じる。なお、このとき、内部空間領域３０ｓｐにおける試験液Ｅｘの流れは乱流となり易い。

図９は、仮に、本実施形態に係る混合槽３０を基準として、液体注入口３０ｉｎを混合槽３０の中心線Ｌ１上に移動させることで底部３０ｂｔの中央に移動させるとともに、傾斜部３０ｔｐを取り除いた比較例に係る混合槽３０Ｐの構造を示す断面模式図である。

図９で示されるように、比較例に係る混合槽３０Ｐでは、液体注入口３０ｉｎＰが、混合槽３０Ｐの中心線Ｌ１Ｐ上に設けられ且つ底部３０ｂｔＰの中央に設けられる。このため、混合槽３０Ｐの中心線Ｌ１Ｐと、液体注入口３０ｉｎＰの中央から＋Ｚ方向に延伸される仮想線Ｌ２Ｐとが同一となる。したがって、混合槽３０Ｐの内部空間領域３０ｓｐＰでは、各ＸＹ断面において、仮想線Ｌ２Ｐから混合槽３０Ｐの任意の位置の内壁までの距離ＤＰが略一定となっている。

図１０は、液体注入口３０ｉｎＰから内部空間領域３０ｓｐＰに注入される試験液Ｅｘの対流について説明するための図である。図１０では、図８と同様に、太線の矢印によって、高濃度試験液および低濃度試験液の大まかな流れが示されている。

上述した比較例に係る混合槽３０Ｐの構造では、内部空間領域３０ｓｐＰのうち、液体注入口３０ｉｎＰを基準とした−Ｘ方向の空間領域と、液体注入口３０ｉｎＰを基準とした＋Ｘ方向の空間領域とが略同一の広さを有する。

このため、図１０で示されるように、液体注入口３０ｉｎＰの−Ｘ側の部分から注入される試験液Ｅｘ（高濃度試験液）は、内部空間領域３０ｓｐＰのうちの−Ｘ側の空間領域に流れ込む。一方、液体注入口３０ｉｎＰの＋Ｘ側の部分から注入される試験液Ｅｘ（低濃度試験液）は、内部空間領域３０ｓｐＰのうちの＋Ｘ側の空間領域に流れ込む。したがって、図８で示された本実施形態に係る混合槽３０の場合と比較して、高濃度試験液と低濃度試験液との混合および攪拌が促進されるような対流が相対的に生じ難い。

＜(5)混合槽への注入初期段階における試験液の挙動＞
本実施形態に係る混合槽３０の構造によれば、混合槽３０に試験液Ｅｘが注入され始めて間もない段階（注入初期段階）における試験液Ｅｘの挙動によっても、高濃度試験液と低濃度試験液との混合および攪拌が促進される。

図１１〜図１６は、注入初期段階における混合槽３０内の試験液Ｅｘの状態を示す模式図である。図１１〜図１６では、混合槽３０の底部３０ｂｔ近傍におけるＸＺ断面の内縁の形状が太線で描かれており、試験液Ｅｘの液面ＥｘｓのＸＺ断面の形状が実線で描かれている。以下、図１１〜図１６を参照しつつ、注入初期段階における混合槽３０内での試験液Ｅｘの挙動について説明する。

注入初期段階においては、混合槽３０内で試験液Ｅｘが順次に以下の挙動(Ｉ)〜(VI)を示す。

(Ｉ)図１１で示されるように、試験液Ｅｘの最も先頭の部分が、微細流路２０から混合槽３０の液体注入口３０ｉｎまで至る。なお、図１１で示される状態に至るまでは、試験液Ｅｘの液面Ｅｘｓは、微細流路２０から液体注入口３０ｉｎに至る流路の中心線（Ｚ軸と平行な線）に対して略直交する状態が維持されながら、＋Ｚ方向に移動する。

(II)液面Ｅｘｓが、液体注入口３０ｉｎと傾斜部３０ｔｐとの境界に到達すると、図１２〜図１３で示されるように、液面Ｅｘｓは、Ｚ軸に対して略一定角度傾斜した状態となり、混合槽３０の内部空間領域３０ｓｐ内を徐々に進行する。

(III)液面Ｅｘｓが、傾斜部３０ｔｐと液溜部３０ｐｈとの境界まで到達すると、水平面（ＸＹ平面）を基準とした傾斜部３０ｔｐの角度と液溜部３０ｐｈの角度との違いに起因して、試験液Ｅｘの自重に応じて試験液Ｅｘが液溜部３０ｐｈ内に進行しようとする力よりも、試験液Ｅｘの液溜部３０ｐｈ内への進行を表面張力によって抑止する力の方が大きい状態となる。このとき、図１４で示されるように、内部空間領域３０ｓｐへ注入される試験液Ｅｘの量が増加されることで、液面Ｅｘｓの形状が凸面を形成する。

(IV)内部空間領域３０ｓｐへ注入される試験液Ｅｘの量が増加して、傾斜部３０ｔｐと液溜部３０ｐｈとの境界において、底部３０ｂｔに対する試験液Ｅｘの接触角が所定角度を超えると、試験液Ｅｘの自重に応じて試験液Ｅｘが液溜部３０ｐｈ内に進行しようとする力が、試験液Ｅｘの液溜部３０ｐｈ内への進行を表面張力によって抑止する力よりも大きくなる。このとき、図１５で示されるように、固相、液相、気相の３相が接する界面（３相界面）における力のバランスが崩れ、試験液Ｅｘが液溜部３０ｐｈ内に勢いよく流れ込むとともに、液面Ｅｘｓの形状が凹面状となる。このようにして液面Ｅｘｓが凸面状から凹面状へと変化する際に、試験液Ｅｘのうちの液面Ｅｘｓ近傍の部分が激しく揺れる。その結果、試験液Ｅｘのうちの液面Ｅｘｓ近傍では乱流が生じて、試験液Ｅｘの混合と攪拌とが促進される。

(Ｖ)更に、図１６で示されるように、内部空間領域３０ｓｐへ注入される試験液Ｅｘの量の増加に応じて、新たな３相界面の位置を基点として、液面Ｅｘｓの形状が凸面を形成する。

(VI)その後、挙動(IV)と同様な挙動が生じて、試験液Ｅｘの混合と攪拌とが促進される。そして、このような挙動(Ｖ)と挙動(IV)と同様な挙動が順次に行われる。

このようにして、挙動(Ｖ)と挙動(IV)と同様な挙動が、適宜交互に繰り返されることで、挙動(IV)と同様な挙動が生じる度に液面Ｅｘｓが激しく揺れ、試験液Ｅｘの混合と攪拌とが促進される。

＜(6)射出成形装置および成形用金型＞
図１７は、混合槽３０とこれを含むマイクロ流体チップ１とを成形するための射出成形装置および成形用金型の概略構成を示す図である。
図１７に示すとおり、射出成形装置１００は主に、ホッパー１０２、シリンダー１０４、射出装置１０６、成形用金型１１０、エジェクター機構１３０などから構成されている。
ホッパー１０２は樹脂供給源となる部位であり、シリンダー１０４に接続されている。シリンダー１０４の基端部は射出装置１０６に接続され、シリンダー１０４の先端部は成形用金型１１０に接続されている。シリンダー１０４中には樹脂を混練するためのスクリューが内蔵されている。
成形用金型１１０は固定型１１２と可動型１１４とから構成され、これらを突き合わせた状態でキャビティ１１６が形成される。
可動型１１４には、マイクロ流体チップ１の混合槽３０を形成するための凸部１１８と、注入排出口４０を形成するための凸部１２０とが形成されており、凸部１１８、１２０がキャビティ１１６に突出している。

特に凸部１１８は混合槽３０を形成するための樹脂転写部であり、混合槽３０の内部空間領域３０ｓｐと同様の形状を有している（図５参照）。そのため凸部１１８の中心には混合槽３０の軸Ｌ１と同様の軸（１１８Ｌ）が存在しており、凸部１１８（特に底部）はその中心軸１１８Ｌに対し非対称形状を呈している。
さらに凸部１１８の側面１１８ｓｗは水平面に直交する垂直面となっており、混合槽３０の側壁部３０ｓｗに対応している。凸部１１８の側面１１８ｓｗは表面粗さが０．０１〜５μｍである。ここでいう「表面粗さ」とは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３に準拠した算術平均粗さＲａを表している。算術平均粗さＲａは、基本的には、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線から測定曲線までの偏差の絶対値を合計し平均した値である。かかる値によれば、１つの傷（凹凸）が測定値に及ぼす影響が非常に小さくなり、安定した結果が得られる。

エジェクター機構１３０は主に、エジェクタープレート１３２、エジェクターピン１３４、１３６（突出しピン）、移動機構１３８などから構成されている。
エジェクターピン１３４、１３６の基端部はエジェクタープレート１３２に固定されており、エジェクターピン１３４、１３６の先端部は可動型１１４を摺動自在に貫通している。エジェクタープレート１３２には移動機構１３８が設けられている。移動機構１３８は、エジェクタープレート１３２をスライド移動させる機構である。

＜(7)成形用金型の製造方法（可動型１１４の凸部１１８の形成方法）＞
はじめに、可動型１１４の母材を準備し、当該母材に対し、切削加工を施してキャビティ１１６に対応する凹部を形成するとともに、ボールエンドカッターを用いたマシニングセンタ加工を施し、混合槽３０を形成するための凸部１１８（凸部前駆体）や、注入排出口４０を形成するための凸部１２０をそれぞれ形成する。上記のとおり凸部１１８は中心軸１１８Ｌに対し非対称形状を呈しているため、凸部１１８の形成には工具を固定した状態で母材を回転させ加工する旋盤加工を施すのが困難であり、ここでは母材に対しボールエンドカッターを用いたマシニング加工を施す。かかる場合、当該凸部前駆体を、中心軸１１８Ｌに対し非対称形状を呈するように形成する。
マシニングセンタは公知のものを適宜用いることができる。
その後、凸部１１８の凸部前駆体の側面に対し、公知の鏡面磨き処理、イエプコ処理またはブラスト処理を実施し、当該側面の表面粗さを０．０１〜５μｍとする。
これら表面処理のうちいずれの処理を実施してもよく、実用的にはイエプコ処理を実施するのがよい。「イエプコ処理」とは、サンドブラスト技術とショットピーニング技術とを組み合わせた低圧方式のマイクロブラスト処理である。イエプコ処理によれば、加熱も溶剤も一切使用せずに、表面改質のために開発された粉体（エージェント）を吹き付けるだけで、簡単、確実に表面を改質することができる。
なお、公知の鏡面磨き処理、イエプコ処理またはブラスト処理については、凸部１１８の凸部前駆体の側面以外の面（底面など）を対象として追加してもよいし、凸部１２０も対象として追加してもよい。

＜(8)射出成形装置と成形用金型を用いたマイクロ流体チップ（マイクロミキサーを含む。）の製造方法＞
はじめに、混合槽３０を製造する場合は、上記のとおりに成形用金型１１０を製造し、その後に成形用金型１１０を用いて樹脂を成形する。
詳しくは図１７に示すとおり、射出成形装置１００の所定位置に成形用金型１１０を設置した状態で、固定型１１２と可動型１１４とを突き合わせ、キャビティ１１６を形成する（型締め工程）。
その後、ホッパー１０２から樹脂を供給しながら射出装置１０６を作動させ、シリンダー１０４から樹脂１４０を射出し、成形用金型１１０中のキャビティ１１６に対し樹脂１４０を充填する（射出工程）。かかる場合、樹脂１４０はスプルーとゲートとを順に通過しキャビティ１１６に充填される。
なお、樹脂１４０は、キャビティ１１６に充填される際に、成形用金型１１０自体で冷やされ収縮しやすいため、シリンダー１０４から樹脂１４０を追加的に補充して保圧し、樹脂１４０の収縮による成形品の寸法変化や転写不良などを防止している（保圧工程）。
その後、樹脂成形品を成形用金型１１０から取り出せる温度程度になるまで、成形用金型１１０内で樹脂１４０を冷却する（冷却工程）。

その後、所定時間経過し樹脂１４０が十分に冷却したら、図１８に示すとおり、可動型１１４を固定型１１２から離間させる（離型工程）。かかる場合、樹脂成形品１４２は可動型１１４に付着した状態のまま固定型１１２から剥離する。
その後、エジェクター機構１３０の移動機構１３８を作動させ、エジェクターピン１３４、１３６を可動型１１４から突き出させ、樹脂成形品１４２を可動型１１４から突き出し剥離する（突出し工程）。

その結果、樹脂成形品１４２において、混合槽３０が可動型１１４の凸部１１８を雛形として転写され形成され、注入排出口４０が可動型１１４の凸部１２０を雛形として転写され形成される。
ここでは特に、可動型１１４の凸部１１８の側面１１８ｓｗの表面粗さが０．０１〜５μｍであるため、その転写を受けた混合槽３０の側壁部３０ｓｗも表面粗さが０．０１〜５μｍとなる。
さらにここでは、可動型１１４の凸部１１８を樹脂１４０に転写する処理のみを行い、その後は樹脂成形品１４２の内壁面には撥水コーティングを行わない。
かかる工程の処理により、マイクロミキサーとしての混合槽３０が、詳しくは混合槽３０を含むマイクロ流体チップ１の一部（部品）が製造される。

次に、マイクロ流体チップ１を製造する場合は、樹脂成形品１４２とは別に反応部５０を含む樹脂基板を準備し、樹脂成形品１４２に対し当該樹脂基板を接着剤やシールなどで接合し、微細流路２０を形成する。
かかる工程の処理により、マイクロ流体チップ１が製造される。

以上の本実施形態によれば、可動型１１４の凸部１１８に対して鏡面磨き処理、イエプコ処理またはブラスト処理を施し、凸部１１８の側面１１８ｓｗの表面粗さを０．０１〜５μｍとしてそれを樹脂１４０に転写し成形している。そのため、混合槽３０の垂直な内壁面（側壁部３０ｓｗ）は非常に滑らかで撥水コーティングする必要もないし、マシニングセンタ加工によるボールエンドカッターの凹凸痕跡も少ない。
したがって、垂直面を有する混合槽３０またはこれを含むマイクロ流体チップ１において、液体の残渣の発生と離型に伴うキズやゴミの発生とを抑制することができ、単なる成形用金型１１０の転写というひとつの工程で、これらを実現しうる混合槽３０またはマイクロ流体チップ１を提供することができる。

なお、上記実施形態では、混合槽３０の内壁面が主に曲面によって構成されたが、これに限られず、例えば、混合槽の内壁面が、主に平面の組合せによって構成されても良い。但し、試験液Ｅｘの残留を抑制する観点から言えば、例えば、混合槽の底部を構成する凹み部が平面の組合せによって構成されるよりも、該凹み部が曲面によって構成される方が好ましい。

（１）サンプルの作製
（１．１）サンプル１
図１７と同様の射出成形装置を用いて、上記「(8)射出成形装置と成形用金型を用いたマイクロ流体チップ（マイクロミキサーを含む。）の製造方法」の記載にしたがい、図１と同様の構成を有するメタクリル酸メチル製のマイクロ流体チップ２００（図１９）を作製した。
ここでは、射出成形装置の成形用金型（可動型）として、混合槽を形成するための凸部の側面に対し鏡面磨き処理を実施し、表面粗さが０．０１〜０．０７μｍの複数の可動型を用い、混合槽を有する樹脂成形品２０２を形成した。その後、メタクリル酸メチル製の基板２０６を準備し、成形品２０２と基板２０６との間にメタクリル酸メチル製のシール２０４を介在させ接合した。
なお、成形品２０２の混合槽については、内径φ１を１０ｍｍと、高さｔを８ｍｍと、液体注入口の内径φ２を２ｍｍとした。マイクロ流体チップの微細流路については、幅を１ｍｍと、高さを１ｍｍとした。

（１．２）サンプル２
サンプル１の作製において、射出成形装置の成形用金型（可動型）として、混合槽を形成するための凸部の側面に対しイエプコ処理を実施し、表面粗さが０．１〜０．３μｍの複数の可動型を用いた。それ以外はサンプル１の作製と同様にサンプル２を作製した。

（１．３）サンプル３
サンプル１の作製において、射出成形装置の成形用金型（可動型）として、混合槽を形成するための凸部の側面に対しブラスト処理を実施し、表面粗さが０．５〜５μｍの複数の可動型を用いた。それ以外はサンプル１の作製と同様にサンプル３を作製した。

（１．４）サンプル４
サンプル１の作製において、射出成形装置の成形用金型（可動型）として、混合槽を形成するための凸部の側面に対しブラスト処理を実施し、表面粗さが７〜１０μｍの複数の可動型を用いた。それ以外はサンプル１の作製と同様にサンプル４を作製した。

（２）サンプルの評価
（２．１）送液試験
図１９の送液装置３００を用いてサンプル１〜４に対し試験液を送液した。
図１９に示すとおり、送液装置３００は主にポンプ３０２、ノズル３０４、ホルダー３０６、移動台３０８、２つのボールネジ機構３１０、３２０、制御装置３３０などから構成されている。
ポンプ３０２とノズル３０４とはホルダー３０６を介して接続されている。ホルダー３０６と移動台３０８とはロードセル３４０を介して接続され、２つのボールネジ機構３１０、３２０の作動により、ノズル３０４の水平方向および高さ方向の位置が調整される。ポンプ３０２、ロードセル３４０、２つのボールネジ機構３１０、３２０（Ｘ軸モーター３１２、Ｚ軸モーター３２２）は制御装置３３０に接続され、制御装置３３０はこれら部材の動作を制御するようになっている。

送液試験では、まず、サンプルとしてのマイクロ流体チップ２００の注入排出口を、３層構造の封止シート４００で封止した。封止シート４００としては、１層目（表層）４０２が厚さ３０〜７０μｍの低密度ポリエチレンで構成され、２層目４０４が厚さ３〜１０μｍのアルミニウムで構成され、３層目（注入排出口に直に接する層）４０６が厚さ２０〜１００μｍの粘着フィルムで構成されたものを使用した。
その後、制御装置３３０により、Ｘ軸モーター３１２を作動させてノズル３０４の水平方向の位置を調整するとともに、ロードセル３４０の検出結果に基づき、Ｚ軸モーター３２２を作動させてノズル３０４の高さ位置を調整し（昇降させ）、ノズル３０４の先端部で封止シート４００を穿孔した。その後、ポンプ３０２を作動させて一定量の試験液をノズル３０４から吐出・吸引し、サンプルとしてのマイクロ流体チップ２００に対し試験液を注入・排出（往復送液）した。試験液としては、生体から採取された血液を遠心分離して得られた血漿を使用し、試験液の往復送液を１０回繰り返した。

（２．２）液残りの確認
サンプル１〜４ごとに、試験液の送液試験後の混合槽を、株式会社モリテックス社製ＳＣＯＰＥＭＡＮ（登録商標）MS-804を用いて目視観察し、試験液の液残りの有無を確認した。評価倍率は×２５とし、混合槽の内径（φ１；１０ｍｍ）が一視野内に収まる倍率に設定した。
評価結果を表１に示す。表１中、○、×の基準は下記のとおりである。
○；液残りが確認されない
×；液残りが確認される

（２．３）キズ、ゴミの確認
他方、サンプル１〜４ごとに、試験液の送液試験前の混合槽も、株式会社モリテックス社製ＳＣＯＰＥＭＡＮ（登録商標）MS-804を用いて目視観察し、キズ、ゴミの有無を確認した。評価倍率は×２５とし、混合槽の内径（φ１；１０ｍｍ）が一視野内に収まる倍率に設定した。
評価結果を表１に示す。表１中、○、×の基準は下記のとおりである。
○；キズ、ゴミが確認されない
×；キズ、ゴミが確認される

（３）まとめ
表１に示すとおり、サンプル１〜３とサンプル４とを比較すると、サンプル１〜３で結果が良好であった。
以上から、混合槽を形成するための成形用金型の凸部に対し鏡面磨き処理、イエプコ処理またはブラスト処理を施し、表面粗さを０．０１〜５μｍにすることが、液体の残渣の発生と離型に伴うキズやゴミの発生とを抑制するのに有用であることがわかる。

本発明は、液体の残渣の発生と離型に伴うキズやゴミの発生とを抑制しうるマイクロミキサーまたはこれを含むマイクロ流体チップを製造するのに特に好適に利用することができる。

１ マイクロ流体チップ
２０ 微細流路
３０ 混合槽
３０ｂｔ 底部
３０ｉｎ 液体注入口
３０ｐｈ 液溜部
３０ｓｐ 内部空間領域
３０ｓｗ 側壁部
３０ｔｐ 傾斜部
４０ 注入排出口
５０ 反応部
１００ 射出成形装置
１０２ ホッパー
１０４ シリンダー
１０６ 射出装置
１１０ 成形用金型
１１２ 固定型
１１４ 可動型
１１６ キャビティ
１１８ 凸部
１１８ｓｗ 側面
１２０ 凸部
１３０ エジェクター機構
１３２ エジェクタープレート
１３４、１３６ エジェクターピン
１３８ 移動機構
１４０ 樹脂
１４２ 樹脂成形品
Ｅｘ 試験液
Ｅｘｓ 液面

Claims (10)

1. 垂直面を有するマイクロミキサーまたはこれを含むマイクロ流体チップを成形するための成形用金型において、
   前記マイクロミキサーを形成するための凸部を有し、
   前記凸部の表面粗さが０．０１〜５μｍであることを特徴とする成形用金型。
2. 請求項１に記載の成形用金型において、
   前記凸部が、その中心軸に対し、非対称形状を呈していることを特徴とする成形用金型。
3. 請求項１または２に記載の成形用金型を製造するための成形用金型の製造方法において、
   母材に対し、ボールエンドカッターを用いたマシニングセンタ加工を施し、前記マイクロミキサーを形成するための凸部前駆体を形成する工程と、
   前記凸部前駆体の表面に対し、鏡面磨き処理、イエプコ処理またはブラスト処理を施し、当該表面の表面粗さを０．０１〜５μｍとする工程と、
   を備えることを特徴とする成形用金型の製造方法。
4. 請求項３に記載の成形用金型の製造方法において、
   前記凸部前駆体を形成する工程では、前記凸部前駆体を、その中心軸に対し、非対称形状とすることを特徴とする成形用金型の製造方法。
5. 垂直面を有する混合槽と、
   前記混合槽の底部に形成された液体注入口とを備え、
   前記混合槽の側壁部の表面粗さが０．０１〜５μｍであり、
   前記液体注入口が前記混合槽の底部の中央からずれた位置に設けられていることを特徴とするマイクロミキサー。
6. 請求項５に記載のマイクロミキサーの製造方法において、
   母材に対し、ボールエンドカッターを用いたマシニングセンタ加工を施し、前記マイクロミキサーを形成するための凸部前駆体を形成する工程と、
   前記凸部前駆体の表面に対し、鏡面磨き処理、イエプコ処理またはブラスト処理を施し、当該表面の表面粗さが０．０１〜５μｍの凸部を含む成形用金型を製造する工程と、
   前記成形用金型を用いて樹脂を成形する工程と、
   を備えることを特徴とするマイクロミキサーの製造方法。
7. 請求項６に記載のマイクロミキサーの製造方法において、
   前記樹脂を成形する工程では、前記成形用金型の凸部を前記樹脂に転写する処理のみを行い、その樹脂成形品の内壁面には撥水コーティングを行わないことを特徴とするマイクロミキサーの製造方法。
8. 請求項５に記載のマイクロミキサーと、
   液体が流される流路であって前記マイクロミキサーと連通する微細流路と、
   前記微細流路上に設けられ、前記微細流路を通じて、前記マイクロミキサーに注入される前記液体、または前記マイクロミキサーから排出される前記液体に含まれる物質との反応を行う反応物質が固定される反応部と、
   を備えることを特徴とするマイクロ流体チップ。
9. 請求項８に記載のマイクロ流体チップの製造方法において、
   母材に対し、ボールエンドカッターを用いたマシニングセンタ加工を施し、前記マイクロミキサーを形成するための凸部前駆体を形成する工程と、
   前記凸部前駆体の表面に対し、鏡面磨き処理、イエプコ処理またはブラスト処理を施し、当該表面の表面粗さが０．０１〜５μｍの凸部を含む成形用金型を製造する工程と、
   前記成形用金型を用いて樹脂を成形する工程と、
   前記樹脂成形品に対し、前記反応部を含む樹脂基板を接合し、前記微細流路を形成する工程と、
   を備えることを特徴とするマイクロ流体チップの製造方法。
10. 請求項９に記載のマイクロ流体チップの製造方法において、
    前記樹脂を成形する工程では、前記成形用金型の凸部を前記樹脂に転写する処理のみを行い、その樹脂成形品の内壁面には撥水コーティングを行わないことを特徴とするマイクロ流体チップの製造方法。

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