WO2004029632A1 - 分析用具の製造方法 - Google Patents

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substrate
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Takayuki Taguchi
Shigeru Kitamura
Yuichiro Noda
Toshio Takama
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Arkray, Inc.
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    • B01L2300/161—Control and use of surface tension forces, e.g. hydrophobic, hydrophilic

Definitions

  • the present invention relates to a technique for manufacturing an analysis tool used to analyze a sample liquid and configured to perform analysis after moving a captive sample liquid.
  • Such analytical tools are configured with capillaries for generating capillary forces.
  • hydrophilic treatment has been performed on the inner surface of the capillary to apply an appropriate capillary force to the sample liquid. For example, as shown in FIG. 9, in a configuration in which a recess 91 is formed in the diaper 90 and the recess 93 is formed by covering the recess 91 with a cover 92, the bottom surface 91 a of the recess 91 and the cover 92 are formed. A hydrophilic treatment is applied to one surface 92a.
  • Typical methods for subjecting the inner surface of the cavities 93 to hydrophilic treatment include, for example, a method of irradiating ultraviolet rays, a method of attaching a surfactant, and a method of utilizing plasma discharge such as glow discharge or corona discharge.
  • a method of irradiating ultraviolet rays for example, a method of attaching a surfactant, and a method of utilizing plasma discharge such as glow discharge or corona discharge.
  • the cross-sectional area of the capillary 93 has tended to be smaller due to the demand for a smaller amount of sample liquid and a smaller analytical tool.
  • the conventional method of performing hydrophilic treatment on the bottom surface 91a of the recess 91 and the one surface 92a of the cover 92 reduces the cross-sectional area of the cavities 93. Accordingly, the proportion of the surface subjected to the hydrophilic treatment is reduced. As a result, if the hydrophilic treatment is not applied to the side surface 91 b of the concave portion 91, the sample liquid cannot be properly moved into the cavity 93.
  • the hydrophilic treatment on the side surface 91b of the concave portion 91 by the method of attaching a surfactant or the method of irradiating ultraviolet rays.
  • the method of irradiating the ultraviolet light since the light such as the ultraviolet light shows a straight line, the ultraviolet light is applied to the side surface 91 b of the fine channel (recess) 91 as shown in FIG. 11A. It is difficult.
  • the method of attaching the surfactant is performed by supplying a material liquid containing a surfactant into the concave portion 91 and then drying the material liquid. Therefore, in order to attach the surfactant to the side surface 91b of the concave portion 91, as shown in FIG. 11B, the material liquid is supplied so as to fill the entire concave portion 91, and the material liquid is supplied. Need to be dried. Therefore, in the method of attaching a surfactant, in order to attach the surfactant to the side surface 91b, the concave portion 91 is filled with the surfactant, and a flow path having an intended cross-sectional area is constructed. Becomes difficult.
  • the method using plasma discharge requires equipment for generating the plasma discharge, which increases the equipment cost and the manufacturing cost.
  • irradiation with ultraviolet rays is performed ⁇ Similarly to the above, it is difficult to sufficiently perform the hydrophilic treatment on the side surface 91b of the concave portion 91. Disclosure of the invention
  • An object of the present invention is to provide an analytical device capable of performing hydrophilic treatment appropriately and cost-effectively even if the flow path is fine.
  • a substrate having a concave portion for moving a sample liquid, the substrate being made of a polymer material, and a cover laminated on the substrate so as to cover the concave portion.
  • a method for producing an analytical tool comprising: a step of subjecting an inner surface of the concave portion to a hydrophilic treatment, wherein the upper treatment comprises contacting a reformed gas with the inner surface of the concave portion. In this way, a first reforming operation is performed to firstly modify the properties of the inner surface of the concave portion, and a second reforming operation is performed to secondarily modify the properties of the inner surface of the concave portion. And quality work.
  • the primary and secondary reforming operations introduce, for example, a lipoxyl group, which is a hydrophilic group, into a polymer chain present on the surface layer of the substrate.
  • a lipoxyl group which is a hydrophilic group
  • the inner surface of the concave portion is rendered hydrophilic.
  • the debris of the hydrophile is, for example, in a range where the deworming angle with respect to pure water on the inner surface of the concave portion is 0 to 80 degrees, more preferably 0 to 60 degrees.
  • the hydrophilic treatment can be performed before the cover is laminated on the substrate or in a state where the cover is laminated on the substrate.
  • the hydrophilic treatment in the latter stage if the cover is made of a polymer material, not only the inner surface of the concave portion of the substrate but also the surface of the force bar facing the concave portion can be subjected to the hydrophilic treatment at the same time.
  • the first reforming operation is performed, for example, in an environment where the partial pressure of the reformed gas is 10 to 2000 hPa and the pressure is 100 to 100 ° C. More preferably, the partial pressure of the reformed gas is 100 to 1100 hPa and This is performed for 1 to 60 minutes in an environment of 3 ⁇ 4 to 40 ° C.
  • a gas containing, for example, fluorine gas and oxygen gas is preferably used as the reformed gas. It is preferable that the mixing ratio of the fluorine gas and the oxygen gas is 1: 1 to 1000 based on the volume.
  • the secondary reforming operation is performed, for example, by bringing water or steam into contact with the inner surface of the concave portion.
  • the swordworm of water or water vapor on the inner surface of the concave portion may be formed by, for example, spraying water or water vapor on the substrate, or by immersing the substrate in a water tank.
  • the inner surface of the recess may be secondarily modified by moisture in the air by bringing the substrate into contact with air. In this case, moisture may be positively contained in the air.
  • the present invention can be applied to a technique for hydrophilizing the inner surface of a flow channel of an analytical tool configured to move a sample solution by utilizing a capillary phenomenon.
  • the present invention can be suitably applied to an analytical tool having a miniaturized flow path such as a micro device.
  • a micro device for example, the main cross section of the flow path (corresponding to the main cross section of the concave portion of the substrate in the present invention), for example, the width dimension W is 10 to 500 im, the depth dimension D force is 500 / m,
  • One example is a rectangular section with D / W ⁇ 0.5.
  • the “principal section” in the present invention is perpendicular to the direction of travel of the sample liquid.
  • the cross-sectional shape is not uniform, it means the vertical cross-section of the part whose main purpose is to advance the sample liquid.
  • the first reforming operation is performed using a reformed gas (gas), and the second reforming operation is performed using, for example, steam or water, and a gas or liquid. Since these substances do not have the rectilinear property like ultraviolet rays, the inner surface of the concave portion of the substrate can be made to appropriately emit a reformed gas, water vapor, or the like. As a result, the entire inner surface of the concave portion can be appropriately subjected to the hydrophilic treatment. Such an effect is due to the fine channel
  • FIG. 1 is an overall 4m diagram showing an example of a micro device to be manufactured according to the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line ⁇ - ⁇ of FIG. 1 and an enlarged cross-sectional view of a main part thereof.
  • FIG. 3 is an overall view showing the cover of the microphone opening device.
  • FIG. 4 is an overall perspective view showing a substrate of the micro device.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining a primary reforming operation in a hydrophilic treatment step in the production method according to the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the secondary reforming operation in the hydrophilic treatment step in the manufacturing method according to the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining another example of the secondary reforming operation in the hydrophilic treatment step in the production method according to the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining a bonding step in the manufacturing method according to the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of an analysis tool for explaining a conventional technique.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of an analysis tool for explaining a conventional technique.
  • 11A and 11B are cross-sectional views for explaining a conventional hydrophilic treatment method. You. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • the present invention relates to a method for manufacturing an analysis tool to be mounted on an analyzer and used.
  • the sample liquid supplied to the analysis tool is analyzed by, for example, an optical method or an electrochemical method.
  • the analysis tool 1 shown in these figures is configured as a so-called micro device, and is configured to analyze a sample by an optical method.
  • the microdevice 1 serves as a reaction field, and has a form in which a cover 3 is laminated on a substrate 2 on which a recess 20 is formed so as to cover the recess 20 via a bonding sheet 4. are doing.
  • the recess 20 has a sample introduction channel 21, a reagent introduction channel 22, and a reaction channel 23, as best seen in FIGS.
  • the sample introduction path 21 and the reagent introduction path 22 are connected to an end 23 a of the reaction channel 23.
  • the reaction channel 23 is formed in a bellows shape as a whole, and is designed so that the channel length is increased.
  • the end 23b of the reaction channel 23 constitutes a measurement section to which light from the measurement light source is irradiated.
  • the main section of the recess 20 is a rectangular section having a width dimension W of 10 to 500 ⁇ , a depth dimension D of 5 to 500 / xm, and a force D / W ⁇ 0.5. It has been.
  • the inner surface of the concave portion 20 is subjected to a hydrophilic treatment.
  • the angle of inversion with respect to 3 ⁇ 4W on the inner surface of the recess 20 is, for example, 0 to 80 degrees.
  • the cover 3 has a sample introduction port 30, a reagent introduction port 31, and an air vent hole 32 as shown in FIGS.
  • the sample inlet 30 corresponds to the end 21 a of the sample inlet 21
  • the reagent inlet 31 corresponds to the end 22 a of the reagent inlet 22
  • the air vent 32 corresponds to the end 23 b of the reaction channel 23. Formed at the site where it is located.
  • a sample is introduced into the microdevice 1 from the sample introduction port 30 and a reagent is introduced from the reagent introduction port 31.
  • the sample and the drug move in the sample introduction path 21 and the reagent introduction path 22 respectively by capillary action and merge in the reaction channel 23.
  • the sample and the reagent start reacting.
  • Samples and reagents While the reaction is proceeding further, it moves the reaction channel 23 toward the air vent hole 32 by capillary action, and finally reaches the measuring section 23b.
  • the reaction product of the sample and the reagent is analyzed by the analyzer as described above.
  • micro device 1 Next, a method for manufacturing the micro device 1 will be described. However, in the following, a case where individual analytical tools are manufactured individually will be described as an example.
  • the micro device 1 is manufactured through a cover forming step, a substrate forming step, a hydrophilic treatment step, and a combination step.
  • the cover forming step is performed, for example, by punching a transparent resin film and then cutting the resin film into a target size (see FIG. 3). In the punching process, a through hole to be the sample introduction port 30, the reagent introduction port 31, and the air vent hole 32 is formed.
  • the cover 3 may be formed by punching after cutting the resin film.
  • One surface of the cover 3 may be subjected to a hydrophilic treatment by irradiating ultraviolet rays or applying a surfactant.
  • Materials for forming resin finolems include, for example, polydimethylmethysiloxane (PDMS), polymethyl methacrylate (PMMA), polystyrene (PS), and polycarbonate (PC ) And polyethylene terephthalate (PET).
  • the resin film (cover 3) can be formed by combining two or more polymer materials.
  • a resin film (force bar 3) may be formed using a material in which two or more of the exemplified polymer materials are blended, or a film or sheet formed of a different polymer material may be bonded to the resin film. It can be used as a film (cover 3).
  • the substrate forming step is performed by, for example, injection molding using a thermoplastic agent.
  • the recess 20 can be formed in the substrate 2 by devising the shape of the mold.
  • the recess 20 can also be formed by performing laser processing, etching, or the like.
  • the substrate material include a polymer material such as polymethyl methacrylate (polyester A), polystyrene (PS), polycarbonate (PC), and polyethylene terephthalate (PET).
  • the hydrophilic treatment step includes: a first reforming operation of firstly modifying the properties of the inner surface of the concave portion 20 by contacting the inner surface of the concave portion 20 with the reforming gas; Secondarily And a second reforming operation for reforming.
  • the first reforming operation is performed in a state where a plurality of substrates 2 are accommodated in a chamber 5 as shown in FIG. 5, for example.
  • the chamber 5 is connected with a reformed gas supply pipe 50 for supplying the reformed gas into the chamber 5 and a purge pipe 51 for discharging the gas from the chamber 5 ⁇ .
  • the reformed gas for example, a gas containing fluorine gas and arsenic gas is used.
  • the mixing ratio between the fluorine gas and the oxygen gas is, for example, 1: 1 to 1000, more preferably 1:10 to 20, based on the volume.
  • the chamber 5 has, for example, a partial pressure of the reformed gas of 10 to 2000 hPa, a force of S0 to 100 ° C, more preferably a partial pressure of the reformed gas of 100 to 1100 hPa, ⁇
  • the force is maintained at S0-40 ° C.
  • the substrate 2 is removed with the reformed gas, for example, for 1 to 60 minutes. Thereby, in the polymer chain constituting the substrate 2, a fluorine atom is introduced in a state of being bonded to the ketone group with respect to the side chain or the terminal group.
  • the second reforming operation is performed, for example, by causing water or steam to sword the inner surface of the recess 20.
  • This replaces the previously introduced fluorine atom with a hydroxyl group and introduces a carboxyl group into the polymer chain, so that the inner surface of the concave portion 20 becomes hydrophilic.
  • the 3 ⁇ 4M between the inner surface of the recess 20 and the water or the water vapor can be performed by supplying water or water vapor into the chamber 6 with the substrate 2 housed in the chamber 6, for example, as shown in FIG. .
  • water and water vapor may be removed from the substrate 2 in an open system.
  • the swordworm with water on the inner surface of the recess 20 may be performed by immersing the substrate 2 in a container 7 containing water 70, as shown in FIG.
  • the secondary reforming operation may be performed by displacing air with the mixed gas in the chamber 6 to disperse moisture in the air on the inner surface of the recess 20.
  • the air in this case may be actively moistened or it may be air in a room.
  • the joining step is performed, for example, by interposing a joining sheet 4 between the substrate 2 and the cover 3 and applying a pressing force to the joining sheet 4 as shown in FIG.
  • the bonding sheet 4 has adhesive properties on both sides, and the sample introduction port 30 in the force substrate 2, The one having openings 40 and 42 formed in portions corresponding to the reagent inlet 31 and the air vent hole 32 is used.
  • the first reforming operation is performed using a reformed gas (gas), and the second reforming operation is performed using, for example, steam or water, and a gas or liquid.
  • a reformed gas gas
  • the inner surface of the concave portion 20 can appropriately diffuse a reformed gas, water vapor, or the like.
  • the entire inner surface of the concave portion 20 can be appropriately subjected to the hydrophilic treatment.
  • Such an effect can be obtained also in the case of manufacturing the microphone port device 1 provided with the microchannel (the cross-sectional area of the concave portion 20 is small): tj ⁇ .
  • the equipment for supplying the reformed gas or water or steam can be constructed at a low cost with a simple configuration, so that the production cost is also reduced.
  • the hydrophilic treatment step was performed on the substrate before bonding the cover to the substrate, but the hydrophilic treatment step may be performed after the cover is bonded to the substrate.
  • the hydrophilic treatment can be performed not only on the inner surface of the recess but also on the surface of the cover facing the flow path.
  • the microdevice to which the present invention is applied is a microdevice that mixes three or more liquids, a microdevice that has a plurality of flow paths formed so that a plurality of reaction systems can be constructed, or a reagent that is previously charged in the flow channel.
  • An example in which only the sample liquid is supplied into the channel can be exemplified.
  • the present invention can be applied not only to an analysis tool configured to analyze a sample by an optical method but also to an analysis tool configured to analyze a sample by an electrochemical method.
  • the present invention can be applied to the simultaneous production of a plurality of analytical tools.
  • a plate material on which a plurality of elements to be a substrate are formed is formed by resin molding, the plate material may be subjected to a hydrophilic treatment.
  • a plurality of analytical tools are simultaneously manufactured by joining a plate material on which a plurality of elements to be a cover are formed to the plate material and cutting the joined body.
  • a bonding sheet and a cover with a through-hole were previously laminated on the substrate, but after a bonding sheet and a cover without a through-hole were laminated, the cover and the cover were laminated.
  • a through hole may be formed in the composite sheet.
  • Bonding of the cover to the substrate does not necessarily need to be performed using a bonding sheet.
  • bonding may be performed using an adhesive, or bonding may be performed by heat fusion / ultrasonic fusion. .
  • the cross-sectional shape of the concave portion is rectangular, but also the concave portion having a cross-sectional shape other than a rectangular shape such as a semicircle or a triangle can be appropriately subjected to the hydrophilic treatment.

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Abstract

　本発明は、試料液を移動させるための凹部(20)が形成され、かつ高分子材料により構成された基板(２)と、凹部(20)を覆うように基板(２)に積層されたカバーと、を備えた分析用具を製造する方法に関する。この製造方法は、凹部(20)の内面に対して親水処理を施す工程を含んでいる。親水処理は、凹部(20)の内面に対して改質ガスを接触させて凹部(20）の内面の性状を第１次的に改質する第１次改質作業と、凹部(20)の内面の性状を第２次的に改質する第２次改質作業と、を含んでいる。

Description

分析用具の製造方法 技術分野
本発明は、 試料液の分析を行うために使用され、 カゝっ試料液を移動させてから 分析を行うように構成された分析用具を製造する技術に関する。 a, 技術 明
分析用具としては、 試料液の移動を毛細管力により行うものがある。 このよう 田
な分析用具は、 毛細管力を発生させるためのキヤビラリを備えたものとして構成 される。 その一方で、 試料液に対して適切な毛細管力を作用させるベく、 キヤピ ラリの内面に親水処理を施すことが行われている。 たとえば、 図 9に示したよう に、 ¾ί反 90に凹部 91を形成するとともに、 この凹部 91をカバー 92により覆うこと によってキヤビラリ 93が形成される構成では、 凹部 91の底面 91 aとカバー 92の片 面 92 aに対して親水処理が施される。 キヤビラリ 93の内面に親水処理を施す代表 的な方法としては、 たとえば紫外線を照射する方法、 界面活性剤を付着させる方 法、 グロ一放電あるいはコロナ放電などのプラズマ放電を利用する方法が挙げら れる（たとえば日本国特開 2001 - 159618号公報、 日本国特開 2002-168821号公報参 照、）。
近年にぉレ、ては、 試料液の微量化および分析用具の小型ィヒの要請から、 キヤピ ラリ 93の断面積が小さくなる傾向にある。 とくに、 1つの分析用具において複数 の項目を分析するように構成された分析用具においては、 個々のキヤビラリ 93の 断面積を小さくする必要性が高い。 分析用具は、 その厚み寸法が元々小さいため に、 分析用具の小型化を達成するためには、 分析用具の平面視寸法を小さくする のが効果的である。 この 、 分析用具の小型化を達成しつつ、 キヤビラリ 93の 断面積を小さくしょうとすれば、 図 10に示したようにキヤビラリ 93の幅寸法が相 対的に小さくなつてくる。 そのため、 従来のように、 凹部 91の底面 91 aとカバー 92の片面 92 aに親水処理を施す方法では、 キヤビラリ 93の断面積が小さくなるこ とにともなって、 親水処理が施された面が占める割合が小さくなつてしまう。 そ の結果、 凹部 91の側面 91 bに対しても親水処理を施さなければ、 キヤビラリ 93内 におレ、て試料液を適切に移動させることができなくなる。
しかしながら、 界面活性剤を付着させる方法あるいは紫外線を照射する方法で は、凹部 91の側面 91 bに対して適切に親水処理を施すのが困難である。たとえば、 紫外線を照射する方法では、 紫外線などの光が直進性を示すために、 図 11 Aに示 したように微細な流路 (凹部) 91の側面 91 bに対しては、 紫外線を照射するのが困 難である。
また、 界面活性剤を付着させる方法は、 界面活性剤を含む材料液を凹部 91内に 供給した後に、 材料液を乾燥させることにより行われる。 その'ため、 凹部 91の側 面 91 bに対して界面活性剤を付着させるためには、 図 11 Bに示したように、 凹部 91の全体を埋めるようにして材料液を供給し、 材料液を乾燥させる必要がある。 したがって、 界面活性剤を付着させる方法では、 側面 91 bに界面活性剤を付着さ せるためには、 凹部 91が界面活性剤により埋まってしまい、 目的とする断面積を 有する流路を構築するのが困難となる。
一方、 プラズマ放電を利用する方法では、 プラズマ放電を起こさせるための設 備が必要となるために設備コストひいては製造コストが高くなつてしまう上、 放 動 []ェでは、 紫外線を照射する^^と同様に、 凹部 91の側面 91 bに対して十分な 親水化処理を行うのが困難である。 発明の開示
本発明は、 分析用具において、 流路がたとえ微細であったとしても、 コスト的 に有利に、 しかも適切に親水処理を施せるようにすることを目的としてレヽる。 本発明に係る分析用具の製造方法は、 試料液を移動させるための凹部が形成さ れ、 カゝっ高分子材料により構成された基板と、 上記凹部を覆うように上記基板に 積層されたカバーと、 を備えた分析用具を製造する方法であって、 上記凹部の内 面に対して親水処理を施す工程を含む製造方法において、 上 処理は、 上記 凹部の内面に対して改質ガスを接触させて上記凹部の内面の性状を第 1次的に改 質する第 1次改質作業と、 上記凹部の内面の性状を第 2次的に改質する第 2次改 質作業と、 を含んでいることを特徴としている。
親水処理にぉレ、ては、 第 1次および第 2次改質作業を行うことにより、 たとえ ば基板における表層に存在する高分子鎖に親水基である力ルポキシル基が導入さ れる。 これにより、 凹部の内面が親水ィ匕される。 親水ィヒの禾破は、 たとえば凹部 の内面における純水に対する撤虫角が 0〜80度、 より好ましくは 0〜60度となる範 囲とされる。
親水処理は、 基板に対してカバーを積層する前の段階、 あるいは基板に対して カバーを積層した状態にぉレ、て行うことができる。後者の段階での親水処理では、 カバーを高分子材料により構成しておけば、 基板の凹部の内面ばかりでなく、 力 バーにおける凹部に臨む面に対しても同時に親水処理を施すことができる。
第 1次改質作業は、たとえば改質ガスの分圧が 10〜2000hPa、 力 ¾〜100°Cの 環境下におレ、て、 より好ましくは改質ガスの分圧が 100〜1100hPa、 力 ¾〜40 °Cの環境下において、 1〜60分間行われる。 第 1次改質作業においては、改質ガス として、 たとえばフッ素ガスおよひ酸素ガスを含むものが好ましく使用される。 この^、 フッ素ガスと酸素ガスの混合比は、容積を基準として、 1 : 1〜1000とす るのが好ましい。
一方、 第 2次改質作業は、 たとえば凹部の内面に対して、 水または水蒸気を接 触させることにより行われる。 凹部の内面に対する水や水蒸気の劍虫は、 たとえ ば基板に対して水や水蒸気を噴霧することにより行ってもよいし、 水槽内に基板 を浸漬することにより行ってもよレ、。 もちろん、 基板を空気と接触させることに よって、 空気中の水分によって凹部の内面を第 2次的に改質してもよい。 この場 合、 空気中に積極的に水分を含ませておいてもよい。
本発明は、 毛細管現象を利用して試料液を移動させるように構成された分析用 具におレ、て、 その流路の内面を親水化するための技術として適用することができ る。 とくに、 マイクロデバイスのように微細化された流路を有する分析用具に対 して好適に採用することができる。 マイクロデバイスとしては、 たとえば流路の 主断面 (本発明でレヽう基板の凹部の主断面に相当） 、 たとえば幅寸法 Wが 10〜500 i m,深さ寸法 D力 〜 500 / mであり、カっ D/W≥0. 5である矩形断面とされたものが 挙げられる。 ここで、 本発明でいう 「主断面」 とは、 試料液の進行方向に直交す る縦断面をさし、 断面形状が一様でない においては、 試料液を進行させるこ とを主目的とした部分の縦断面をさすものとする。
本発明では、 第 1次改質作業が改質ガス (気体)を用いて行われ、 第 2次改質作 業がたとえば水蒸気や水とレ、つた気体や液体を用いて行われる。 これらの物質は 紫外線のような直進性がないため、 基板の凹部の内面に対しては、 改質ガスや水 蒸気などを適切に ¾ させることができる。 その結果、 凹部の内面の全体に対し て適切に親水処理を施すことができるようになる。 このような効果は、 微細流路
(凹部の断面積が小さレ、)を備えた分析用具を製造する^にぉレ、ても得ること ができる。 また、 改質ガスあるいは水や水蒸気を撤 ΐさせるための設備は、 簡易 な構成により安価に構築することができるため、 製造コスト的にも有利なものと なる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の製造赚となるマイクロデバイスの一例を示す全体余 4m図で ある。
図 2は、図 1の Π - Π線に沿う断面図およびその要部を拡大した断面図である。 図 3は、 マイク口デバイスのカバーを示す全体!^見図である。
図 4は、 マイクロデバィスの基板を示す全体斜視図である。
図 5は、 本発明に係る製造方法における親水処理工程の第 1次改質作業を説明 するための断面図である。
図 6は、 本発明に係る製造方法における親水処理工程の第 2次改質作業を説明 するための断面図である。
図 7は、 本発明に係る製造方法における親水処理工程の第 2次改質作業の他の 例を説明するための断面図である。
図 8は、 本発明に係る製造方法における接合工程を説明するための断面図であ る。
図 9は、 従来技術を説明するための分析用具の断面図である。
図 10は、 従来技術を説明するための分析用具の断面図である。
図 11 Aおよび図 11 Bは、 従来技術の親水処理方法を説明するための断面図であ る。 発明を実施するための最良の形態
本発明は、 分析装置に装着して使用する分析用具の製造方法に関するものであ る。 分析装置では、 たとえば光学的手法や電気化学的手法により、 分析用具に供 給された試料液が分析される。
製造 となる分析用具としては、 たとえば図 1ないし図 4に示したものを例 示することができる。 これらの図に示した分析用具 1は、 いわゆるマイクロデバ イスとして構成され、 光学的手法により試料の分析を行うように構成されたもの である。 このマイクロデバイス 1は、 反応場を するものであり、 凹部 20が形 成された基板 2上に、 接合シート 4を介して、 凹部 20を覆うようにしてカバー 3 力 S積層された形態を有している。
凹部 20は、 図 1および図 4に良く表れているように、 試料導入路 21、 試薬導入 路 22および反応用流路 23を有している。 試料導入路 21と試薬導入路 22とは、 反応 用流路 23の端部 23 aにつながっている。 反応用流路 23は、 全体が蛇腹状にくねつ ており、 流路長が大きくなるように工夫されている。 そして、 反応用流路 23の端 部 23 bは、 測定用光源からの光が照射される測定部を構成している。
凹部 20の主断面は、 図 2に示したように幅寸法 Wが 10〜500 μ πι、 深さ寸法 Dが 5 〜500/x mであり、力つ D/W≥0. 5である矩形断面とされている。凹部 20の内面には、 親水処理が施されている。 凹部 20の内面における ¾ Wこ対する翻虫角は、 たとえ ば 0〜80度とされている。
これに対してカバー 3は、 図 1ないし図 3に示したように試料導入口 30、 試薬 導入口 31および空気抜き穴 32を有している。 試料導入口 30は試料導入路 21の端部 21 aに、 試薬導入口 31は試薬導入路 22の端部 22 aに、 空気抜き穴 32は反応用流路 23の端部 23 bに、 それぞれ対応した部位に形成されている。
試料の分析時には、 マイクロデバイス 1に対して、 試料導入口 30から試料が、 試薬導入口 31から試薬がそれぞれ導入される。 これらの試料およひ ¾薬は、 毛細 管現象により試料導入路 21およひ試薬導入路 22をそれぞれ移動し、 反応用流路 23 において合流する。 これにより、 試料と試薬が反応を開始する。 試料およひ試薬 は、 さらに反応を進行しつつも、 毛細管現象により空気抜き穴 32に向けて反応用 流路 23を移動し、 最終的には測定部 23 bに到 る。 測定部 23 bにおいては試料 と試薬との反応生成物が上述したように分析装置にぉレ、て分析される。
次に、 マイクロデバイス 1の製造方法について説明する。 ただし、 以下におい ては、 1つ 1つの分析用具を個別に製造する場合を例にとって説明する。
マイクロデバイス 1は、 カバー形成工程、 基板形成工程、 親水処理工程、 およ 合工程を経て製造される。
カバー形成工程は、 たとえば透明な樹脂フィルムに対して打ち抜き加工を施し た後、 樹脂フィルムを目的とする大きさに切断することにより行われる （図 3参 照） 。 打ち抜き加工においては、 試料導入口 30、 試薬導入口 31および空気抜き穴 32となるべき貫通孔が形成される。 もちろん、 樹脂フィルムを切断した後に打ち 抜き加工を施してカバ一 3を形成してもよレ、。 カバー 3の片面に対しては、 紫外 線照射や界面活性剤を塗布するなどして、 親水処理を施してもよレヽ。 樹脂フィノレ ムを形成するための材料 (カバー 3を形成するための材料）としては、 たとえばポ リジメチノレシロキサン (PDMS)、 ポリメチルメタタリレート（PMMA)、 ポリスチレン (PS)、 ポリカーボネィト（PC)、 ポリエチレンテレフタレート（PET)などの高分子材 料を例示することができる。 樹脂フィルム（カバー 3 )は、 高分子材料を 2種以上 組み合わせて形成することもできる。 たとえば、 例示した高分子材料のうちの 2 種以上をプレンドした材料を用いて樹脂フィルム (力バー 3 )を成形してもよいし、 異なる高分子材料により形成されたフィルムまたはシートを張り合わせて樹脂フ イルム（カバー 3 )としてもよレ、。
基板形成工程は、 たとえば熱可塑剤樹月旨を用いた射出成形により行われる。 射 出成形においては、 金型の形状を工夫することにより、 基板 2に対して凹部 20を 造り込むことができる。 凹部 20は、 レーザ加工やエッチング処理などを施すこと により形成することもできる。 基板材料として、 たとえばポリメチノレメタクリレ ート（P謝 A)、 ポリスチレン (PS)、 ポリカーボネイト（PC)、 ポリエチレンテレフタ レート（PET)などの高分子材料を例示することができる。
親水処理工程は、 凹部 20の内面に対して改質ガスを接触させて凹部 20の内面の 性状を第 1次的に改質する第 1次改質作業と、 凹部 20の内面の性状を第 2次的に 改質する第 2次改質作業と、 を含んでいる。
第 1次改質作業は、 たとえば図 5に示したように、 チヤンバ 5内に複数の基板 2を収容した状態で行われる。 チヤンバ 5内には、 改質ガスをチヤンバ 5内に供 給するための改質ガス供給用配管 50、 およびチヤンバ 5內の気体を排出するため のパージ用配管 51が接続されている。
改質ガスとしては、 たとえばフッ素ガスおよひ 素ガスを含んだものが使用さ れる。 この 、 フッ素ガスと酸素ガスの混合比は、 たとえば容積を基準として、 1 : 1〜1000、 より好ましくは 1 : 10〜20とされる。 第 1次改質作業においては、 チヤ ンバ 5内は、 たとえば改質ガスの分圧が 10〜2000hPa、 力 S0〜100°C、 より好ま しくは改質ガスの分圧が 100〜1100hPa、 ^力 S0〜40°Cに維持される。 このような 環境下において、基板 2は、 たとえば 1〜60分間改質ガスと撤虫させられる。 これ により、 基板 2を構成する高分子鎖においては、 側鎖や末端基に対してケトン基 に結合した状態でフッ素原子が導入される。
一方、 第 2次改質作業は、 たとえば凹部 20の内面に対して、 水または水蒸気を 劍虫させることにより行われる。 これにより、 先に導入されたフッ素原子が水酸 基に置換されて高分子鎖にカルボキシル基が導入される結果、 凹部 20の内面が親 水化される。
凹部 20の内面と水または水蒸気との ¾Mは、 たとえば図 6に示したようにチヤ ンバ 6內に基板 2を収容した状態で、 チヤンバ 6内に水や水蒸気を供給すること により行うことができる。 もちろん、 開放系において基板 2に対して水や水蒸気 を撤 させてもよレ、。凹部 20の内面に対する水との劍虫は、図 7に示したように、 たとえば水 70を収容した容器 7内に、基板 2を浸漬することにより行ってもよレ、。 また、 第 2次改質作業は、 チャンバ 6内の混合ガスと、 空気とを置換することに よって、 空気中の水分を凹部 20の内面に撒虫させることにより行ってもよレ、。 こ の場合の空気は、 積極的に水分を含ませたものであっても、 あるいは室内中の空 気であってもよい。
接合工程は、 たとえば図 8に示したように基板 2とカバー 3との間に接合シー ト 4を介在させ、接合シート 4に対して押圧力を作用させることにより行われる。 接合シート 4としては、両面に接着性を有し、力 基板 2における試料導入口 30、 試薬導入口 31および空気抜き穴 32に対応する部分に開口 40， 42が形成されたもの が使用される。
本実施の形態の親水処理では、 第 1次改質作業が改質ガス (気体)を用いて行わ れ、第 2次改質作業がたとえば水蒸気や水とレ、つた気体や液体を用いて行われる。 これらの物質は、 紫外線のような直進性がないため、 凹部 20の内面に対して改質 ガスや水蒸気などを適切に^ ¾させることができる。 その結果、 凹部 20の内面の 全体に対して適切に親水処理を施すことができるようになる。このような効果は、 微細流路 (凹部 20の断面積が小さい）を備えたマイク口デバイス 1を製造する: tj^ においても得ることができる。 また、 改質ガスあるいは水や水蒸気を供給する装 置は、 簡易な構成によって安価に構築することができるため、 製造コスト的にも
^^なものとなる。
もちろん、 本発明は上述した実施の形態には限定されず、 種々に設計変更が可 能である。 たとえば、 親水処理工程は、 基板に対してカバーを接合する前におい て、 基板に対して行われていたが、 親水処理工程を基板に対してカバーを接合し た後に行ってもよレ、。 その場合には、 凹部の内面ばかりでなく、 カバーにおける 流路に臨む面にっレ、ても同時に親水処理を施すことができる。
本発明の適用対象となるマイクロデバイスとしては、 3液以上を混合するもの、 複数の反応系を構築できるように複数の流路が形成されたもの、 あるいは流路内 に予め試薬を仕込んでおき、 試料液のみを流路内に供給するように構成されたも のを例示することができる。 もちろん、 光学的手法により試料の分析を行うよう に構成された分析用具に限らず、 電気化学的手法により試料の分析を行うように 構成された分析用具についても本発明を適用することができる。
複数の分析用具を同時的に製造する においても、 本発明を適用することが できる。 たとえば、 基板となるべき複数の要素が形成された板材を樹脂成形した 後、 この板材に対して親水処理を施すようにしてもよレヽ。 この^^には、 板材に 対して、 カバーとなるべき複数の要素が形成された板材を接合した後、 この接合 体を切断することによって、 複数の分析用具が同時的に製造される。
基板に対しては、 予め貫通孔を形成した接合シートおよびカバーを積層してい たが、 貫通孔を形成していない接合シートおよびカバーを積層した後、 カバーお よ 合シートに対して貫通孔を形成するようにしてもよレ、。
基板に対するカバーの接合は、 必ずしも接合シートを用いて行う必要は無く、 たとえば接着材を用いて接合を行ってもよいし、 熱融着ゃ超音波融着によって接 合を行ってもよレ、。
本発明では、 凹部の断面形状が矩形の場合に限らず、 半円状や三角形などの矩 形以外の断面形状を有する凹部に対しても、適切に親水処理を施すことができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 試料液を移動させるための凹部が形成され、 カゝっ高分子材料により構成され た基板と、 上記凹部を覆うように上記基板に積層されたカバーと、 を備えた分析 用具を製造する方法であって、
上記凹部の内面に対して親水処理を施す工程を含む製造方法にぉレ、て、 上記親 τΚ処理は、 上記凹部の内面に対して改質ガスを ¾ させて上記凹部の 内面の性状を第 1次的に改質する第 1次改質作業と、 上記凹部の内面の性状を第
2次的に改質する第 2次改質作業と、 を含んでいることを糊敫とする、 分析用具 の製造方法。
2 . 上記親水処理においては、 カルボキシル基を導入することによって上記凹部 の内面が親水ィ匕される、 請求項 1に記載の分析用具の製造方法。
3 . 上記改質ガスは、 フッ素ガスおよび酸素ガスを含んでいる、 請求項 1に記載 の分析用具の製造方法。
4. 上記フッ素ガスと上記酸素ガスの混合比は、 容積を基準として、 1 : 1〜1000 である、 請求項 3に記載の分析用具の製造方法。
5 . 上記フッ素ガスと上記酸素ガスの混合比は、 容積を基準として、 1 : 10〜20で ある、 請求項 4に記載の分析用具の製造方法。
6 . 上記第 1次改質作業は、改質ガスの分圧が 10〜2000hPa、 温度力 ¾〜100°Cの環 境下において、 1〜60分間行われる、 請求項 1に記載の分析用具の製造方法。
7 . 上記改質ガスの分圧力 Sl00〜1100hPa、 ί 力 ¾〜40°Cである、請求項 6に記載 の分析用具の製造方法。
8 . 上記第 27夂改質作業は、 上記凹部の内面に対して、 水または水蒸気を翻虫さ せることにより行われる、 請求 1に記載の分析用具の製造方法。
9 . 上記凹部の内面に対する水または水蒸気の は、 上記基板の内面に対して 5 水または水蒸気を噴霧することにより行われる、 請求項 8に記載の分析用具の製 造方法。
10. 上記凹部の内面に対する水または水蒸気の劍 iは、 上記基板を水槽に浸漬す ることにより行われる、 請求項 8に記載の分析用具の製造方法。
10
11. 上記凹部の内面に対する水または水蒸気の は、 上記基板を空気中に放置 することにより行われる、 請求項 8に記載の分析用具の製造方法。
12. 上記空気は、積極的に水分を含ませたものである、請求項 11に記載の分析用 15 具の製造方法。
13. 上 ,7K処理は、上記凹部の内面における ¾7 に対する翻虫角力、 0〜80度と なるように行われる、 請求項 1に記載の分析用具の製造方法。
20 14. .上記劍虫角は、 0〜60度である、 請求項 13に記載の分析用具の製造方法。
15. 上記分析用具は、 毛細管現象を利用して試料液を移動させるように構成され たものである、 請求項 1に記載の分析用具の製造方法。
25 16. 上記凹部の主断面は、 幅寸法\^が10〜500// 111、 深さ寸法 D力 ¾〜500μ πιであり、
J 力つ DZW≥0. 5の矩形断面である、 請求項 15に記載の分析用具の製造方法。
17. 上記親水処理は、 上記基板に対して上記カバーを積層する前の段階において 行われる、 請求項 1に記載の分析用具の製造方法。
18. 上記カバーは、 高分子材料により構成されており、
上認 7K処理は、 上記基板に対して上記カノく一を積層した状態において、 上記 基板の凹部の内面および上記カバーにおける上記凹部に臨む面の双方に対して同 時に行われる、 請求項 1に記載の分析用具の製造方法。
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