WO2007094254A1 - マイクロ流路チップ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

　本発明により、鋳型などの原型を使用することなく製造されたマイクロチャネルを有するマイクロ流路チップが提供される。本発明のマイクロ流路チップは、少なくとも上面基板と下面基板とからなり、該上面基板と下面基板とが接着されているマイクロ流路チップにおいて、少なくとも一方の基板の接着面側に１本以上の非接着薄膜層が形成されており、該非接着薄膜層の両端は大気に向かって開口するポートに接続されていることを特徴とする。一方のポートから陽圧を印加すると非接着薄膜層部分が膨隆してマイクロチャネルとして機能し得る空隙が生じ、その結果、一方のポートから他方のポートへ液体及び／又は気体を移送することができる。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

Description

明 細 書

マイクロ流路チップ及びその製造方法

技術分野

[0001] 本発明はマイクロ流路チップ及びその製造方法に関する。更に詳細には、本発明 は液体又は気体などの媒体の流路となるべきマイクロチャネルを铸型などの原型を 使用することなく形成することができるマイクロ流路チップ及びその製造方法に関す る。

背景技術

[0002] 最近、マイクロ 'トータル 'アナリシス 'システムズ（ TAS)又はラブ 'オン'チップ (La b-on-Chip)などの名称で知られるように、基板内に所定の形状の流路を構成するマ イクロチャネル及びポートなどの微細構造を設け、該微細構造内で物質の化学反応

、合成、精製、抽出、生成及び Z又は分析など各種の操作を行うことが提案され、一 部実用化されている。このような目的のために製作された、基板内にマイクロチャネル 及びポートなどの微細構造を有する構造物は総称して「マイクロ流路チップ」又は「マ イク口流体デバイス」などと呼ばれる。

[0003] マイクロ流路チップは遺伝子解析、臨床診断、薬物スクリーニング及び環境モニタリ ングなどの幅広い用途に使用できる。常用サイズの同種の装置に比べて、マイクロ流 路チップは (1)サンプル及び試薬の使用量が著しく少ない、（2)分析時間が短い、 (3) 感度が高い、（4)現場に携帯し、その場で分析できる、及び (5)使い捨てできるなどの 利点を有する。

[0004] 従来のマイクロ流路チップ 100は、例えば、図 8A及び図 8Bに示されるように、合成 榭脂などの材料力もなる上面基板 102に少なくとも 1本の、中空状のマイクロチヤネ ル 104が形成されており、この中空状マイクロチャネル 104の少なくとも一端には入 出力ポートとなるべきポート 105, 106が形成されており、基板 102の下面側に透明 又は不透明な素材 (例えば、ガラス又は合成樹脂フィルム)力もなる下面基板 108が 接着されている。この下面基板 108の存在により、ポート 105, 106及びマイクロチヤ ネル 104の底部が封止される。 [0005] 図 8A及び図 8Bに示されるようなマイクロ流路チップの材質や構造及び製造方法 は例えば、特許文献 1、特許文献 2及び非特許文献 1などに提案されている。その中 で、エラストマ一タイプのシリコーン榭脂であるポリジメチルシロキサン（PDMS)を用 いたことを特徴とする一連のマイクロ流路チップが開発されている。 PDMSはチヤネ ルなどの微細構造を有するマスター (铸型）に対する良好なモールド転写性や透明 性、耐薬品性、生体適合性などを有し、マイクロ流路チップの構成部材として特に優 れた特徴を有している。

[0006] 図 9は図 8A及び図 8Bに示されるようなマイクロ流路チップ 100の製造方法の一例 を示す工程図である。この製造方法は、半導体の製造に多用される、いわゆるリソグ ラフィ一法を応用した製造方法である。先ず、ステップ (a)において、最終製品のマイ クロ流路チップ 100のサイズ（例えば、 20mmx20mm又は 20mmx30mm)と概ね 同じサイズのシリコンウェハ 200を準備する。シリコンウェハ 200は予め乾燥させたり 、表面処理などの所望の前処理を施すこともできる。その後、ステップ (b)において、 適当なレジスト材料（例えば、ネガティブフォトレジスト SU— 8など）を 2000rpm〜50 OOrpmの回転速度で数秒間〜数十秒間にわたってスピン塗布し、オーブン中で乾 燥させ、所望の厚さのレジスト膜 220を形成する。次いで、ステップ ）において、こ のレジスト膜 220上にマスク 240を通して、適当な露光装置（図示されていない）で露 光する。マスク 240はマイクロ流路チップ 100におけるチャネル 104に対応するレイァ ゥトパターンを有する。その後、ステップ (d)において、適当な現像液 (例えば、 1—メ トキシ— 2—プロピル酢酸）中で現像し、上面にチャネル 104に対応する微細構造 26 0を有するマスター (铸型） 280を生成する。所望により、このマスター 280を有機溶 媒 (例えば、イソプロピルアルコール)及び蒸留水で洗浄することができる。更に、マ スター 280の表面をトリフルォロメタンの存在下で反応性イオンエッチングシステムに より処理することができる。このトリフルォロメタン存在下の反応性イオンエッチング処 理は、後のステップにおいて、 PDMSのマスター 280からの離型性を改善する。次い で、ステップお）において、前記のマスター 280の上面に、 PDMSプレポリマーと硬 ィ匕剤を適度な割合で混合し、脱気した PDMSプレボリマー混合液を流し込む。この 際、型枠を使用し、铸込み型とし、その中に PDMSプレボリマー混合液を流し込んで 型取りすることが好ましい。 PDMSプレポリマー混合液としては、例えば、米国のダウ 'コ一-ング社製の SYLGARD 184 SILICONE ELASTOMERが好適に使用できる。こ れは液状の PDMSプレボリマーと硬化剤を 10対 1の割合で混合するものである。塗 布後、常温で十分な時間放置するか、又は、例えばオーブン中で 65°Cで 1時間加熱 する力若しくは 135°Cで 15分間加熱して硬化させ、 PDMS中間基板 300を生成させ る。 PDMS中間基板 300は透明性の高いゴム状の榭脂であり、マスター 280の微細 構造 260が転写されている。その後、ステップ (f)において、 PDMS中間基板 300を マスター 280から剥離し、 PDMS中間基板 300の上面から下部の中空状マイクロチ ャネル 104に連通するポート 105 (106)をパンチ 320で穿設することによりに PDMS 基板 102を得る。次いで、ステップ (g)において、対面基板 108に、 PDMS基板 102 をチャネル 104形成面を下側にして貼り合わせる。最後に、ステップ (h)において、 完成されたマイクロ流路チップ 100を回収する。

[0007] しかし、図 9に示されるようなリソグラフィ一法を実施する場合、原型となるべきマスタ 一 (铸型） 280を製造するために先ず露光用マスクを製造しなければならな 、。この マスク製造のために高価な製造装置を使用しなければならない。更に、マスクを通し てレジストを露光させるために、高価な露光装置を使用しなければならない。また、露 光後に現像装置が必要となるばかりか、使用済み現像液の廃棄処理も必要となる。 従って、マスター (铸型） 280の作製には極めて多大な労力、手間及びコストがかかり 、最終製品のマイクロ流路チップ 100のコストを増大させる原因となっていた。し力も、 レジスト铸型の場合、硬質なため、耐久性及び密着性が悪ぐ比較的簡単に破損し てしまうことがあった。よって、その都度、前記のような手順によりレジスト製マスター（ 铸型） 280を作り直さなければならな力つた。このため、マイクロ流路チップ 100の製 造コストが益々増大してしまう結果を招き、使い捨てチップを安価に供給することが困 難であった。

[0008] また、ポート 105からポート 106に液体などの媒体を送る場合、その流れを制御す るために中空状マイクロチャネル 104の途中にマイクロバルブなどの流体制御素子を 配設することがある（例えば、特許文献 3,図 3参照)。しかし、このようなマイクロバル ブは構造が複雑であるため、その形成は容易ではなぐ実際に配設するとなればマ イクロ流路チップ 100の製造コストを一層増大させることとなる。

特許文献 1 :特開 2001— 157855号公報

特許文献 2：米国特許第 5965237号明細書

特許文献 3：特開 2001— 304440号公報

特干文献 1： Davidし. Duffy et ai., Rapid Prototyping of Microfluidic Systems in Po ly(dimethylsiloxane) , Analytical Chemistry, Vol.70, No.23, December 1, 1988, pp.49 74-4984

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0009] 従って、本発明の目的は、铸型などの原型を使用することなく製造されたマイクロチ ャネルを有するマイクロ流路チップを提供することである。

本発明の別の目的は、液体又は気体などの媒体の流路となるべきマイクロチャネル を有するマイクロ流路チップにおいて、铸型などの原型を使用することなくマイクロ流 路チップを製造する方法を提供することである。

課題を解決するための手段

[0010] 前記課題を解決するための手段として、請求項 1における発明は、少なくとも上面 基板と下面基板とからなり、該上面基板と下面基板とが接着されているマイクロ流路 チップにおいて、少なくとも一方の基板の接着面側に 1本以上の非接着薄膜層が形 成されており、該非接着薄膜層の少なくとも一方の端部は大気に向力つて開口する ポートに接続されているマイクロ流路チップである。

[0011] この発明によれば、ポートを介して陽圧を印加することにより、非接着薄膜層部分が 膨隆し、マイクロチャネルとして機能し得る空隙を生じさせることができる。その結果、 一方のポートから液体及び z又は気体を、膨隆により生じた空隙内に送入することが 可能となる。非接着薄膜層の両端が大気に向力つて開口するポートに接続されてい れば、一方のポートから他方のポートへ液体及び Z又は気体を移送することができる

。また、使用の形態によっては、非接着薄膜層部分は開閉弁又はマイクロバルブとし ての機能を果たすこともできる。

[0012] 前記課題を解決するための手段として、請求項 2における発明は、前記非接着薄 膜層がその途中に、円形、楕円形、矩形及び多角形状からなる群から選択される少 なくとも一種類の平面形状をした拡大領域層を一個以上更に有することを特徴とする 請求項 1記載のマイクロ流路チップである。

[0013] この発明によれば、拡大領域層は膨隆時に液溜めとして機能することができ、この 液溜め部分を利用して PCR増幅などの作業を効率的に実施することができる。

[0014] 前記課題を解決するための手段として、請求項 3における発明は、非接着薄膜層 が交差して形成されていることを特徴とする請求項 1記載のマイクロ流路チップである

[0015] この発明によれば、例えば、 2本の非接着薄膜層を交差して形成することにより、電 気泳動に使用可能なマイクロ流路チップが簡単に得られる。

[0016] 前記課題を解決するための手段として、請求項 4における発明は、非接着薄膜層 が下面基板の接着面側に形成され、ポートが上面基板側に形成されていることを特 徴とする請求項 1、 2又は 3記載のマイクロ流路チップである。

[0017] この発明によれば、ポートと非接着薄膜層を別々に形成することができる。

[0018] 前記課題を解決するための手段として、請求項 5における発明は、非接着薄膜層 が上面基板の接着面側に形成され、ポートが上面基板側に形成されていることを特 徴とする請求項 1、 2、又は 3記載のマイクロ流路チップである。

[0019] この発明によれば、ポートと非接着薄膜層を一方の基板側だけに形成することがで きるので、他方の基板側は唯貼り合わせるだけでょ 、。

[0020] 前記課題を解決するための手段として、請求項 6における発明は、非接着薄膜層 が上面基板の接着面側及び下面基板の接着面側の両方に形成され、ポートが上面 基板側に形成されて ヽることを特徴とする請求項 1、 2又は 3記載のマイクロ流路チッ プである。

[0021] この発明によれば、下面基板と上面基板との非接着性が更に確実となり、陽圧を印 カロしたときに非接着薄膜層部分が一層膨隆し易くなる。

[0022] 前記課題を解決するための手段として、請求項 7における発明は、前記非接着薄 膜層に対応する位置に材料スポット層が更に形成されて ヽることを特徴とする請求項

1記載のマイクロ流路チップである。 [0023] この発明によれば、空気中の水分、酸素、微生物類などにより分解されたり浸襲さ れやすい材料類又は衝撃や環境圧により移動されやすい材料類を使用直前まで、 これらから安定的に密閉又は遮蔽し、安全に保存又は保護することができる。

[0024] 前記課題を解決するための手段として、請求項 8における発明は、前記材料スポッ ト層は前記非接着薄膜層に対応する位置であって、これら非接着薄膜層が配設され て 、な 、基板側に形成されて 、る請求項 7に記載のマイクロ流路チップである。

[0025] この発明によれば、材料スポット層を非接着薄膜層と別々に形成することができる。

[0026] 前記課題を解決するための手段として、請求項 9における発明は、前記材料スポッ ト層は前記非接着薄膜層上に形成されている請求項 7に記載のマイクロ流路チップ である。

[0027] この発明によれば、材料スポット層を非接着薄膜層が配設されて!/、な!、基板上に 形成できな 、場合に対応することができる。

[0028] 前記課題を解決するための手段として、請求項 10における発明は、前記材料スポ ット層は、化学反応試薬類、溶質類、塩類、糖類、抗原類、抗体類、生理活性物質、 内分泌攪乱物質、糖鎖類、糖蛋白、ペプチド、タンパク質類、アミノ酸類、 DNA類、 RNA類、微生物類、酵母類、菌類、胞子類、植物断片組織、動物断片組織、薬剤 類、ガラス粒子、レジン粒子、磁性体粒子、金属粒子、ポリマー、膨潤ゲル及び固化 ゲルカゝらなる群カゝら選択される少なくとも一種類の材料カゝら形成される請求項 7〜9の 何れかに記載のマイクロ流路チップである。

[0029] この発明によれば、非固形物及び固形物の両方の材料とも材料スポット層形成材 料とすることができる。

[0030] 前記課題を解決するための手段として、請求項 11における発明は、前記上面基板 がポリジメチルシロキサン（PDMS)からなり、下面基板がポリジメチルシロキサン（PD MS)又はガラス力もなることを特徴とする請求項 1記載のマイクロ流路チップである。

[0031] この発明によれば、接着剤を使用することなぐ上面基板と下面基板を相互に恒久 接着させることができる。

[0032] 前記課題を解決するための手段として、請求項 12における発明は、請求項 1〜11 の何れかに記載のマイクロ流路チップの製造方法であって、少なくとも一方の基板の 接着面側に、所望の貫通パターンを有するマスクを通して、常用の化学的薄膜形成 方法のうちの何れかの方法により、非接着薄膜層を塗布することからなるマイクロ流 路チップの製造方法である。

[0033] この発明によれば、マスクパターンに従った非接着薄膜層を少なくとも一方の基板 の接着面側に常用の化学的薄膜形成方法で簡単に形成することができる。従来の 铸型を使用する方法に比べて、製造コストが安価であるばかりか、量産性にも優れて いる。

[0034] 前記課題を解決するための手段として、請求項 13における発明は、請求項 1〜： L 1 の何れかに記載のマイクロ流路チップの製造方法であって、少なくとも一方の基板の 接着面側に、所望の貫通パターンを有するマスクを通して、被膜剤を噴霧することに より、非接着薄膜層を塗布することからなるマイクロ流路チップの製造方法である。

[0035] この発明によれば、マスクパターンに従った非接着薄膜層を少なくとも一方の基板 の接着面側に、特別な装置を使用すること無ぐ極めて簡単に塗布形成することがで きる。従来の铸型を使用する方法に比べて、製造コストが著しく安価であるばかりか、 量産性にも優れている。

[0036] 前記課題を解決するための手段として、請求項 14における発明は、請求項 1〜： L 1 の何れかに記載のマイクロ流路チップの製造方法であって、少なくとも一方の基板の 接着面側に、非接着薄膜層を印刷することを特徴とするマイクロ流路チップの製造方 法である。

[0037] この発明によれば、非接着薄膜層が印刷により形成されるので、従来の铸型を使用 する方法に比べて、製造コストが更に一層安価になるばかりか、量産性の点でも非常 に優れている。

発明の効果

[0038] 本発明によれば、一方の基板面に非接着薄膜層を形成し、両基板を貼り合わせる だけで従来のマイクロチャネルと同等の機能を発揮させることができ、し力も、マイクロ バルブのような流体制御素子を配設しなくても、同等の機能を達成することができる。 その結果、従来のリソグラフィ一法によりマイクロ流路チップやマイクロノ レブを製造 して 、たのに比べて、極めて簡単にマイクロ流路チップを製造することができるばかり 力 非常に安価にマイクロ流路チップを提供することができる。

[0039] 従来のマイクロチャネルを有するマイクロ流路チップに比べて、本発明の非接着薄 膜層を有するマイクロ流路チップの別の効果は、従来のマイクロチャネルは送液の際 、気泡が混入し易カゝつたのに対して、本発明の非接着薄膜層の場合、陽圧を印加し て膨隆させなければマイクロチャネルとして機能する空隙が生じな 、ため、送液時に 気泡が混入することが殆ど無 、ことである。マイクロチャネルに気泡が混入すると以 後の送液が困難となるばかりか、気泡の除去も非常に困難であった。従って、従来の マイクロチャネルを有するマイクロ流路チップでは、送液の際、気泡が混入しないよう に細心の注意を払いながら実施しなければならず、送液作業に無駄な時間が費やさ れていた。本発明のマイクロ流路チップによれば、送液作業に無駄な労力を費やす 必要は無い。

図面の簡単な説明

[0040] [図 1A]本発明によるマイクロ流路チップの一例の概要平面図である。

[図 1B]図 1 Aにおける IB— 1B線に沿った断面図である。

[図 2A]本発明のマイクロ流路チップの使用形態の一例を示す部分概要断面図であ る。

[図 2B]図 2Aにおけるマイクロ流路チップにおいて、非接着薄膜層 11の部分だけが 僅かに膨隆し、マイクロチャネルとして機能し得る空隙 18が生じた状態を示す部分概 要断面図である。

[図 3]本発明の或る実施態様のマイクロ流路チップの製造方法の一例を説明するェ 程図である。

[図 4A]本発明の別の実施態様のマイクロ流路チップの製造方法の一例を説明する 工程図である。

[図 4B]図 4Aに示された本発明の別の実施態様のマイクロ流路チップの製造方法の 続きの工程を説明する工程図である。

[図 5A]本発明によるマイクロ流路チップの別の実施態様の概要平面図である。

[図 5B]図 5Aにおける 5B— 5B線に沿った断面図である。

[図 6A]本発明によるマイクロ流路チップの他の実施態様の概要平面図である。 [図 6B]図 6Aにおける 6B— 6B線に沿った断面図である。

[図 6C]図 6Bに示された本発明のマイクロ流路チップの使用形態の一例を示す部分 概要断面図である。

[図 7A]本発明によるマイクロ流路チップの他の実施態様の概要平面図である。

[図 7B]図 7Aにおけるマイクロ流路チップ 1Dにおいて、非接着薄膜層 11の部分だけ が僅かに膨隆することにより空隙 18が生じ、その結果、非接着薄膜層 11両側の、中 空状チャネル 104が連通された状態を示す部分概要断面図である。

[図 8A]従来のマイクロ流路チップの一例の概要平面図である。

[図 8B]図 8Aにおける 8B— 8B線に沿った断面図である。

[図 9]図 8A及び図 8Bに示されたマイクロ流路チップの従来の製造方法の一例を説 明する工程図である。

符号の説明

[0041] 1, 1A, IB, 1C 本発明によるマイクロ流路チップ

3 上面基板

5 下面基板

7, 7A, 7B, 9, 9A, 9B ポー卜

11, 11A 非接着薄膜層

14 アダプター

16 送入チューブ

18 空隙

20, 20 A マスク

22 貫通孔

24 拡大領域層

26 貫通孔

28 PDMSシート

30 化学反応試薬スポット層

発明を実施するための最良の形態

[0042] 図 1 Aは本発明によるマイクロ流路チップの一例の概要平面図であり、図 1Bは図 1 Aにおける IB— IB線に沿った断面図である。本発明によるマイクロ流路チップは、 従来のマイクロ流路チップと同様に、上面基板 3と下面基板 5とからなり、上面基板 3 には液体又は気体などの媒体の入出力口となるべきポート 7及び 9が配設されている 。上面基板 3と下面基板 5は非接着薄膜層 11及びポート 7, 9以外の部分では、互い に接着して 、る。非接着薄膜層 11は下記で詳細に説明するように従来のマイクロ流 路チップにおけるマイクロチャネルとなるべき部分である。しかし、通常は、ポート 7と ポート 9は非接着薄膜層 11により遮断されて 、るので、液体又は気体などの媒体を 一方のポートから他方のポートに送ることはできない。

[0043] 非接着薄膜層 11としては、公知慣用の化学的薄膜形成技術により形成される、例 えば電極膜、誘電体保護膜、半導体膜、透明導電膜、蛍光膜、超伝導膜、誘電体膜 、太陽電池膜、反射防止膜、耐磨耗性膜、光学干渉膜、反射膜、帯電防止膜、導電 膜、防汚膜、ハードコート膜、バリア膜、電磁波遮蔽膜、赤外線遮蔽膜、紫外線吸収 膜、潤滑膜、形状記憶膜、磁気記録膜、発光素子膜、生体適合膜、耐食性膜、触媒 膜、ガスセンサー膜等が挙げられる。

[0044] 非接着薄膜層 11を形成する化学的薄膜形成手段としては、例えば反応性ガスとし て好ましくは、有機フッ素化合物や金属化合物を用いてプラズマ放電処理装置によ り薄膜を形成する方法が使用できる。

[0045] この薄膜形成方法で使用される有機フッ素化合物としては、フッ化メタン類 (例えば 、フルォロメタン、ジフルォロメタン、トリフロォロメタン、テトラフルォロメタン）、フッ化 ェタン（例えば、へキサフルォロェタン）、 1, 1, 2, 2—テトラフルォロエチレン、 1, 1, 1, 2, 3, 3 へキサフルォロプロパン、へキサフルォロプロペン、 6 フッ化プロピレ ンなどのフッ化炭素化合物、 1, 1ージフルォロエチレン、 1, 1, 1, 2—テトラフルォロ ェタン、 1, 1, 2, 2, 3 ペンタフルォロプロパンなどのフッ化炭化水素化合物、ジフ ルォロジクロロメタン、トリフルォロクロロメタンなどのフッ化塩化炭素水素化合物、 1, 1, 1, 3, 3, 3、一へキサフルオロー 2 プロパノール、 1, 3 ジフルオロー 2 プロ パノール、パーフルォロブタノールなどのフッ化アルコール、ビュルトリフルォロアセ テート、 1, 1, 1—トリフルォロアセテートなどのフッ化カルボン酸エステル、ァセチル フルオライド、へキサフルォロアセトン、 1, 1, 1 トリフルォロアセトンなどのフッ化ケト ンなどを挙げることができる。

[0046] また、この薄膜形成方法で使用される金属化合物としては、 Al、 As、 Au、 B、 Bi、 C aゝ Cdゝ Crゝ Co、 Cuゝ Feゝ Gaゝ Geゝ Hgゝ In、 Liゝ Mgゝ Mn、 Mo、 Naゝ Niゝ Pbゝ Ptゝ Rh、 Sb、 Se、 Si、 Sn、 Ti、 V、 W、 Y、 Znまたは Zrなどの単一あるいは合金金属化合 物若しくは有機金属化合物を挙げることができる。

[0047] この他の化学的膜形成手段としては、例えばゾルゲル法による緻密な膜形成で、ゾ ルゲルとして好ましい金属化合物としては、 Al、 As、 Au、 B、 Bi、 Ca、 Cd、 Cr、 Co、 Cu、 Fe、 Ga、 Ge、 Hg, In、 Li、 Mg、 Mn、 Mo、 Na、 Ni、 Pb、 Pt、 Rh、 Sb、 Se、 Si 、 Sn、 Ti、 V、 W、 Y、 Znまたは Zrなどの単一あるいは合金金属化合物若しくは有機 金属化合物を挙げることができる。

[0048] 非接着薄膜層 11は前記以外の方法でも形成することができる。例えば、非接着薄 膜層 11を下面基板 5の上面に印刷により形成することができる。印刷は例えば、ロー ル印刷、シルク印刷、パターン印刷、転写、静電複写、など様々な公知慣用の印刷 方法を採用することができる。非接着薄膜層 11を印刷法で形成する場合、非接着薄 膜層 11の形成材料としては、金属微粒子（例えば、 Al、 As、 Au、 B、 Bi、 Ca、 Cd、 C r、 Co、 Cu、 Fe、 Ga、 Ge、 Hg、 In、 Li、 Mg、 Mn、 Mo、 Na、 Ni、 Pb、 Pt、 Rh、 Sb、 Se、 Si、 Sn、 Ti、 V、 W、 Y、 Znまたは Zrなどの単一金属微粒子又はこれらの 2種類 以上の合金微粒子、若しくはこれらの単一金属又は合金の酸ィ匕物微粒子 (例えば、 I TO微粒子など)及びこれらの有機金属化合物微粒子など）、導電インク、絶縁インク 、カーボン微粒子、シラン剤、ノ リレン、塗料、顔料、染料、水性染料インク、水性顔 料インク、油性染料インク、油性顔料インク、溶剤性インク、ソリッドインク、ゲルインク 、ポリマーインクなどが好適に使用できる。

[0049] 別法として、非接着薄膜層 11は噴霧塗布法によっても形成することができる。例え ば、所定のチャネルパターンを有するマスクの上面力も被膜剤を噴霧し、乾燥させる ことにより下面基板 5の上面に非接着薄膜層 11を形成することもできる。例えば、電 極被膜、誘電体保護被膜、半導体被膜、導電被膜、蛍光被膜、超伝導被膜、誘電 体被膜、反射防止被膜、耐磨耗性被膜、光学干渉被膜、反射被膜、帯電防止被膜 、防汚被膜、ハードコート被膜、バリア被膜、電磁波遮蔽被膜、赤外線遮蔽被膜、紫 外線吸収被膜、潤滑被膜、発光素子被膜、生体適合性被膜、耐食性被膜、触媒被 膜、金属被膜、ガラス被膜、塗装被膜、撥水性被膜、親水性被膜、榭脂被膜、ゴム被 膜、合成繊維被膜、合成樹脂被膜、リン脂質被膜、生体由来物質による被膜、生体 物質接着防止被膜、脂質被膜、油被膜、シラン化合物被膜、シラザン化合物被膜、 粘着被膜などの被膜を形成する物質を適当な溶媒に溶解又は懸濁させ、得られた 溶液又は懸濁液を被膜剤として噴霧することができる。

[0050] 非接着薄膜層 11の膜厚は、使用される薄膜形成方法に応じて変化するが、一般 的に、 ΙΟηπ！〜 300 /z mの範囲内であることが好ましい。非接着薄膜層 11の膜厚が lOnm未満の場合、非接着薄膜層 11が均一に形成されず、接着部位と非接着部位 が島状に点々と生じてマイクロチャネルとして機能させることが困難になる。一方、非 接着薄膜層 11の膜厚が 300 /z m超の場合、非接着効果が飽和するばかりか、非接 着薄膜層 11と上面基板 3との接着境界が、非接着薄膜層 11の厚みにより浮き上力^ 、接着不良を引き起こす。その結果、正確な非接着薄膜層 11の幅を維持できなくな るなどの不都合が生じるので好ましくない。化学的薄膜形成方法による場合、非接着 薄膜層 11の膜厚は 10nm〜10 mの範囲内、好ましくは、 30nm〜5 mの範囲内 、一層好ましくは、 50ηπι〜3 /ζ πιの範囲内である。噴霧塗布法による場合、非接着 薄膜層 11の膜厚は 50nm〜300 μ mの範囲内、好ましくは、 80nm〜200 μ mの範 囲内、一層好ましくは、 ΙΟΟηπ！〜 100 /z mの範囲内である。印刷法による場合、非 接着薄膜層 11の膜厚は 500nm〜100 mの範囲内、好ましくは、 800nm~80 μ mの範囲内、一層好ましくは、 1 μ m〜50 μ mの範囲内である。

[0051] 非接着薄膜層 11の幅は、従来のマイクロ流路チップにおけるマイクロチャネルの幅 と概ね同一であるか又はこれよりも大きいか若しくは小さいことができる。一般的に、 非接着薄膜層 11の幅は、 10 μ m〜3000 μ m程度である。非接着薄膜層 11の幅が 10 m未満の場合、非接着部を膨隆させてマイクロチャネルを出現させるための圧 力が高くなり過ぎ、マイクロ流路チップ 1自体を破壊してしまう危険性がある。一方、非 接着薄膜層 11の幅が 3000 m超の場合、本来微量な液体や気体を搬送'制御し、 物質の化学反応、合成、精製、抽出、生成及び Z又は分析を行うことが目的である のに対し、 3000 m超の幅で膨隆されたチャネルは、著しく過飽和量となる。また、 膨隆チャネル構造の利点でもある液体のチャネル内付着防止機能の点でも機能を 損なう可能性があり得るなどの不都合が生じるので好ましくない。

[0052] 非接着薄膜層 11のパターン自体は図示された直線状に限定されない。目的及び Z又は用途などを考慮して、 Y字形状、 L字形状などの様々なパターンの非接着薄 膜層 11を採用することができる。また、両端にポートを有する非接着薄膜層 11は 1本 だけでなく複数本形成することができる。複数本のポート付き非接着薄膜層 11は並 行配置又は交差配置など任意の形態で配置することができる。交差配置は従来のク ロスインジェクション方式の電気泳動用チップとして有用である。更に、非接着薄膜層

11は、線状部分の他に、円形、楕円形、矩形、多角形状などの任意の平面形状をし た拡大領域を有することもできる。拡大領域は反応室などとして利用することもできる

[0053] 本発明によるマイクロ流路チップ 1における上面基板 3は弾性及び Z又は可撓性を 必ずしも有する必要は無いが、一般的に、ポリマー又はエラストマ一であることが好ま LV、。上面基板 3が弾性及び,又は可撓性を有する材料から形成されて 、な 、場合 、非接着薄膜層 11の部分を、従来のマイクロ流路チップにおけるマイクロチャネルと なるように変形させることが不可能又は困難となる。従って、上面基板 3の形成材料と しては例えば、ポリジメチルシロキサン（PDMS)などのようなシリコーンゴムの他、 -ト リルゴム、水素化-トリルゴム、フッ素ゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロプレンゴム 、アタリノレゴム、ブチノレゴム、ウレタンゴム、クロロスノレフォンィ匕ポリエチレンゴム、ェピク 口ルヒドリンゴム、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム 、多硫ィ匕ゴム、ノルボルネンゴム、熱可塑性エラストマ一などが好ましい。ポリジメチル シロキサン（PDMS)などのようなシリコーンゴムが特に好まし!/、。

[0054] 上面基板 3の厚さは一般的に、 10 μ m〜5mmの範囲内であることが好ましい。上 面基板 3の厚さが 10 m未満の場合、低い圧力でも非接着薄膜層 11の部分が膨隆 してマイクロチャネルを出現させ易いが、反面、破れ易くなる危険性がある。一方、上 面基板 3の厚さが 5mm超の場合、非接着薄膜層 11の部分を膨隆させてマイクロチヤ ネルを出現させるために非常に高 、圧力が必要となるので好ましくな!/、。

[0055] 本発明によるマイクロ流路チップ 1における下面基板 5は弾性及び Z又は可撓性を 必ずしも有する必要は無いが、上面基板 3と強固に接着可能であることが好ましい。 この"強固な接着"とは、非接着薄膜層以外の接着部分が、非接着薄膜層部位の膨 隆変形によりチャネル構造の出現を可能とする接着力をいう。更には、非接着薄膜 層部位の膨隆変形により生じたチャネル構造内には、液体、気体、蒸気又はポリマ 一やゲル状物質などを加圧充填し、加圧移動或いは扱き移動させることがあり、この 加圧や扱きに耐え得る接着強度が必要である。上面基板 3がポリジメチルシロキサン (PDMS)である場合、下面基板 5が PDMS又はガラスであれば、上面基板 3と下面 基板 5とは、相互に強固に接着することができる。この現象は一般的に、「恒久接着（ パーマネント 'ボンディング）」と呼ばれている。恒久接着とは、ある種の表面改質を行 うだけで、接着剤無しで PDMS上面基板と下面基板とを相互に接着することができる 性質のことであり、マイクロチャネル及び Z又はポートなどの微細構造の良好な封止 性を発揮させることができる。 PDMS基板の恒久接着では、貼り合わせ面を適宜表 面改質処理した後、両方の基板の貼り合わせ面を密着して重ね合わせ、一定時間 放置することで、容易に接着が行えるものである。換言すれば、非接着薄膜層 11の 部分は恒久接着していないので、圧力などにより風船状に膨隆変形してマイクロチヤ ネルを出現させることができる。また、この膨隆部分以外の箇所は恒久接着している ため、膨隆部分に通される液体又は気体などが他の部位に漏出することも無い。

PDMS上面基板 3と恒久接着可能であれば、 PDMS又はガラス以外の材料力 な る下面基板 5も当然使用できる。例えば、セルロースエステル基体、ポリエステル基体 、ポリカーボネート基体、ポリスチレン基体、ポリオレフイン基体、等で、具体的には、 ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、 セロファン、セルロースジアセテート、セルロースアセテートブチレート、セルロースァ セテートプロピオネート、セルロースアセテートフタレート、セルローストリアセテート、 セルロースナイトレート、ポリ塩ィ匕ビ-リデン、ポリビュルアルコール、エチレンビニル アルコール、ポリカーボネート、ノルボルネン榭脂、ポリメチルペンテン、ポリエーテル ケトン、ポリイミド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトンイミド、ポリアミド、フッ素 榭脂、ナイロン、ポリメチルメタタリレート、アクリル、ポリアリレートなどが挙げられる。ま た、ポリ乳酸榭脂、ポリブチレンサクシネート、二トリルゴム、水素化-トリルゴム、フッ 素ゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロプレンゴム、アタリノレゴム、ブチノレゴム、ウレタ ンゴム、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム、ェピクロルヒドリンゴム、天然ゴム、イソプ レンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、多硫化ゴム、ノルボルネンゴム、 熱可塑性エラストマ一なども下面基板 5の形成材料として使用できる。これらの素材 は単独であるいは適宜混合されて使用することもできる。

[0057] さらに、これらの素材が単独で恒久接着できない場合は、接着面に表面処理を施し て恒久接着を行う。この表面処理剤として好ましくは、珪素化合物やチタンィ匕合物で 、具体的には、ジメチルシラン、テトラメチルシラン、テトラエチルシランなどのアルキ ノレシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロボキシシラン、ジメチノレ ジエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ェチルトリエトキシシランなどの珪素アルコ キシシランの有機珪素化合物、モノシラン、ジシランなどの珪素水素化合物、ジクロロ シラン、トリクロロシラン、テトラクロロシランなどのハロゲン化珪素化合物、へキサメチ ルジシラザンなどのシラザン、又、ビュル、エポキシ、スチリル、メタクリロキシ、アタリ口 キシ、アミ入ウレイド、クロ口プロピル、メルカプト、スルフイド、イソシァネートなど官能 基が導入されている珪素化合物、などが挙げられる。これらの表面処理剤は単独で 使用することもできるが、二種類以上を適宜混合して使用することもできる。

[0058] 下面基板 5の厚さは一般的に、 300 μ m〜 10mmの範囲内であることが好ましい。

下面基板 5の厚さが 300 m未満の場合、マイクロ流路チップ 1全体の機械的強度を 維持することが困難となる。一方、下面基板 5の厚さが 10mm超の場合、マイクロ流 路チップ 1に必要な機械的強度が飽和し、不経済となるだけである。

[0059] 図 2は本発明のマイクロ流路チップ 1の使用形態の一例を示す部分概要断面図で ある。本発明のマイクロ流路チップ 1では、図 2 (A)に示されるように、液体又は気体 の導入部となるべきポート 7の開口部にアダプター 14を配設し、このアダプター 14に 送入チューブ 16を接続する。言うまでもなぐアダプター 14の形状は図示されたもの に限定されない。ポート内に一部挿入される形態でなぐ上面基板 3に直接固着され る形態でもよい。別法として、アダプター 14を使用せず、各ポートに送入チューブ 16 を直接接続する形態も実施可能である。アダプター 14の形成材料は、 PDMS製上 面基板 3と恒久接着可能な PDMSが好ましいが、その他の材料も使用できる。ァダ プター 14が PDMS製でな 、場合、アダプター 14を上面基板 3に固着させるために、 適当な接着剤を使用することもできる。送入チューブ 16は可撓性を有する材料から 形成されている。例えば、テフロン (登録商標）チューブが好ましい。送入チューブ 16 はアダプター 14の適当な接着剤を使用することにより固着させることができる。送入 チューブ 16の他端は図示されて 、な 、が適当な原液供給手段及び Z又は加圧手 段 (例えば、マイクロポンプ又はシリンジなど）に接続されている。ポート 7内に目的の 液体が注入されたら、送入チューブ 16から気体 (例えば、空気）を高圧 (例えば、 10 kPa〜100kPa)で送入する。又は、ポート 7内に目的の液体を陽圧を印加しながら 注入すると、図 2 (B)に示されるように、非接着薄膜層 11に対応する上面基板部分だ けが僅かに膨隆し、マイクロチャネルとして機能し得る空隙 18が生じ、ポート 7内の液 体及び Z又は気体をポート 9に移送することができる。上面基板 3の非接着薄膜層 1 1に対応する上部外面を指などで圧迫すると、膨隆空隙 18は簡単に閉塞される。従 つて、本発明のマイクロ流路チップ 1では、従来のマイクロバルブなどのような特別な 構成要素を配設しなくても、マイクロバルブと同等の作用効果を発揮させることができ る。

[0060] 図 1に示された実施態様では、非接着薄膜層 11の両端が大気に向力つて開口す るポート 7及び 9に接続されて 、るが、一方のポートにし力接続されて ヽなくてもよ!、。 非接着薄膜層 11の少なくとも一方の端部が大気に向力つて開口するポートに接続さ れていれば、大気に向力つて開口しているポートを介して陽圧を印加することにより、 非接着薄膜層 11部分を膨隆させ、マイクロチャネルとして機能し得る空隙を生じさせ ることができる。これは風船を膨らませる原理と同じである。その結果、一方のポート から液体及び Z又は気体を、膨隆により生じた空隙内に送入することが可能となる。 非接着薄膜層の両端が大気に向力つて開口するポートに接続されていれば、一方 のポートから他方のポートへ液体及び Z又は気体を移送することができる。

[0061] 図 3は本発明のマイクロ流路チップ 1の製造方法の一例の工程説明図である。先ず 、ステップ（a)において、所定のチャネルデザインのパターンが形成されたマスク 20 を準備する。マスクは厚さが 0. Olmm〜： Lmm程度の合成樹脂フィルム（例えば、 PE Tフィルム、塩ィ匕ビニルフィルム等)又は金属箔などで形成することができる。従って、 フィルム又は金属箔を金型で打ち抜くか、刃物でカッティングする力、又はレーザな どで放電カ卩ェ或いはフライスによる機械カ卩ェすることにより所望の貫通パターンを有 するマスクを製造することができる。ステップ (b)において、マスク 20を下面基板 5とな るべき基材 (例えば、 PDMS)の上面に吸着などの現象を利用して貼り合わせるか、 又は接着により貼り合わせる。ステップ ）において、この積層体をトリフルォロメタン（ CHF )の存在下で反応性イオンエッチングシステム (RIE)で処理することにより、下

3

面基板 5にチャネルデザインに対応するパターンのトリフルォロメタン (CHF )を塗布

3 する。ステップ（d)において、マスク 20を剥がすと、下面基板 5の上面にチャネルデザ インに対応するパターンのトリフルォロメタン (CHF )力もなる非接着薄膜層 11が残

3

る。別法として、一般に市販されているシリコンアクリル榭脂系撥水剤力もなる防水ス プレーをマスク 20上カゝら散布又は噴霧して下面基板 5にチャネルデザインに対応す るパターンのシリコンアクリル榭脂系撥水剤を塗布することにより、シリコンアクリル榭 脂系撥水剤からなる非接着薄膜層 11を形成することもできる。ステップお）において 、下面基板 5の非接着薄膜層 11が存在する上面及びポート 7, 9のための貫通孔が 開設された上面基板 3の下面側を表面改質処理する。表面改質処理方法としては、 酸素プラズマ処理法又はエキシマ UV光照射処理法などを使用することができる。酸 素プラズマ処理法は、酸素存在下で反応性イオンエッチング (RIE)装置により実施 することができる。エキシマ UV光照射処理法は誘電体バリヤ放電ランプにより大気 圧の空気雰囲気下で実施できるので処理コストが安価である。次いで、ステップ (f) において、表面改質処理された面同士を貼り合わせ、上面基板 3と下面基板 5とを恒 久接着させる。各ポートに送入チューブを直接接続させる場合には、この段階で本 発明のマイクロ流路チップ 1が完成したことになる。しかし、所望により、最後に、ステ ップ (g)において、ポート 7, 9の各部位に、送入チューブ接続用のアダプター 14を固 着させ、本発明のマイクロ流路チップ 1を得ることもできる。

図 4A及び図 4Bは別の実施態様のマイクロ流路チップ 1Aの製造方法の一例のェ 程説明図である。図 4A及び図 4Bの製造方法も、図 3に示される製造方法と基本的 に同じである。先ず、ステップ (a)において、所定のチャネルデザインを有するマスク 20Aを準備する。このマスクは図 3のマスク 20と異なり、液溜め部位を形成するため の貫通孔 22を有する。ステップ (b)において、マスク 20Aを下面基板 5となるべき基 材 (例えば、 PDMS)の上面に吸着などの現象を利用して貼り合わせる力 又は接着 により貼り合わせる。ステップ ）において、この積層体をトリフルォロメタン (CHF )

3 の存在下で反応性イオンエッチングシステム (RIE)で処理することにより、下面基板 5にチャネルデザインに対応するパターンのトリフルォロメタン（CHF )を塗布する。

3

ステップ（d)において、マスク 20Aを剥がすと、下面基板 5の上面にチャネルデザイン に対応するパターンのトリフルォロメタン (CHF )力 なる非接着薄膜層 11 Aが残る。

3

別法として、一般に市販されているシリコンアクリル榭脂系撥水剤からなる防水スプレ 一をマスク 20A上カゝら散布又は噴霧して下面基板 5にチャネルデザインに対応する パターンのシリコンアクリル榭脂系撥水剤を塗布することにより、シリコンアクリル榭脂 系撥水剤からなる非接着薄膜層 11 Aを形成することもできる。この非接着薄膜層 11 Aは、図 3の非接着薄膜層 11と異なり、液溜め部位となるべき拡大領域 24を有する。 ステップお）において、下面基板 5の非接着薄膜層 11Aが存在する上面及びポート 7 , 9のための貫通孔が開設された上面基板 3の下面側を表面改質処理する。次いで 、ステップ (f)において、表面改質処理された面同士を貼り合わせ、上面基板 3と下 面基板 5とを恒久接着させる。ステップ (g)において、ポートとして兼用できる所定の 厚み (例えば、 1mm)の、ポート部位 2箇所と、液溜め部位 24の形状と同じ形状 (例 えば、直径 5mmの円）の貫通孔 26が形成されたシリコーンゴムシート 28の下面側と 、前記ステップ (f)で得られた積層体の上面側を表面改質処理する。貫通孔 26の直 径は液溜め部位 24の直径と同じか又は大きいことが好ましい。最後に、ステップ (h) において、シリコーンゴムシート 28の貫通孔 7A, 9Aと上面基板 3のポート 7, 9を位 置合わせして、恒久接着により貼り合わせ、目的のマイクロ流路チップ 1Aを完成させ る。図示されていないが、所望により、シリコーンゴムシート 28の貫通孔 7A, 9Aに送 入チューブ接続用のアダプター 14を固着させることもできる。シリコーンゴムシート 28 の表面改質処理は本発明の必須要件ではな 、。シリコーンゴムシート 28を表面改質 処理せず、上面基板 3に自己吸着させるだけでもよい。言うまでもなぐ非接着薄膜 層 11の形成方法、膜厚、線幅及びパターンなどに関する前記説明は、非接着薄膜 層 11Aに対しても同等に適用可能である。従って、非接着薄膜層 11 Aの形成方法、 膜厚、線幅及びパターンなどに関する説明は単なる重複となるので、省略する。

[0063] 前記各製造方法において、非接着薄膜層 11, 11Aは下面基板側でなぐ上面基 板側に配設することもできる。この場合、ポート及び非接着薄膜層などの微細構成要 素が全て上面基板側に配設されるので、下面基板は何の微細加工も必要無くなり、 マイクロ流路チップの製造が一層単純ィ匕される。

[0064] また、別の実施態様として、非接着薄膜層 11, 11 Aは下面基板側及び上面基板 側の両方に配設することもできる。この場合、下面基板と上面基板との非接着性が更 に確実となり、陽圧を印カロしたときに非接着薄膜層 11, 11A部分が一層膨隆し易く なるという利点がある。

[0065] 図 5A及び図 5Bは本発明によるマイクロ流路チップの別の実施態様を示す平面図 と断面図である。図示されているように、メインの非接着薄膜層 11と交差してサブの 非接着薄膜層 11Bが形成されている。言うまでもなぐ非接着薄膜層 11の形成方法 、膜厚、線幅及びパターンなどに関する前記説明は、非接着薄膜層 11Bに対しても 同等に適用可能である。このマイクロ流路チップ 1Bはクロスインジェクション方式の電 気泳動用チップとして特に好適である。例えば、マイクロ流路チップ 1Bを電気泳動用 チップとして使用する必要が生じた場合、ポート 9からポート 7及び 7B、 9Bに向かつ てゲル電解質を充填し、非接着薄膜層 11及び 11Bを前記のように膨隆させてマイク 口電気泳動路として電気泳動を行う。ポート 9から充填した該ゲル電解質がポート 7及 び 7B、 9Bに溢れ出たのを確認後、ポート 7及び 7B、 9B内にも該ゲル電解質を充填 する。次いで、ポート 7B内に電気泳動すべき検体を注入し、ポート 7及び 9、 7B、 9B に電極を浸漬する。始めに、ポート 7Bとポート 9Bの両電極間に電圧を印加する。こ の電圧印加により、ポート 7Bの検体はポート 9Bに向力 、、膨隆チャネル 1 IB内を泳 動されていく。適当な光学的検出手段（図示されていない）により、検体が膨隆チヤネ ル 11Bと膨隆チャネル 11との交差点にまで泳動されたことを確認し、電圧の印加を、 ポート 7とポート 9の電極間に切り換える。この電圧印加の切換により、膨隆チャネル 1 1Bと膨隆チャネル 11との交差点に存在する検体はポート 9に向力つて泳動していく ので、ポート 9付近で適当な光学的検出手段（図示されていない）により所定の検出 処理を行うことができる。従来技術によれば、このような電気泳動用のマイクロ流路チ ップは複雑なリソグラフィ一法等で製作されてきたが、本発明によれば、前記のような 簡単な方法で安価に大量生産することができる。

[0066] 図 6A、図 6B及び図 6Cは本発明によるマイクロ流路チップの別の実施態様を示す 平面図と断面図である。この実施態様におけるマイクロ流路チップ 1Cでは、非接着 薄膜層 11に対応する位置に材料スポット層 30が存在する。この実施態様におけるマ イクロ流路チップ 1Cの利点は、空気中の水分、酸素、微生物類などにより分解又は 浸襲されやすい材料を使用直前まで、これら水分、酸素、微生物類などから密閉又 は遮蔽して、安全に保存又は保護できることである。また、本発明のマイクロ流路チッ プ 1Cは、従来の矩形チャネルではチップに与えられる衝撃や環境圧の変化などによ り移動し易ぐチャネル内の所定箇所に留めて置くことが困難である材料についても 、風圧や外部衝撃などから保護し、使用直前まで所定箇所に留めて置くことが出来 る。

[0067] 図 6A、図 6B及び図 6Cにおいて、材料スポット層 30は 1個だけでなぐ所望の個数 を存在させることができる。また、材料スポット層 30は非接着薄膜層 11に対応する位 置だけでなぐ図 4A及び図 4Bに示されるような、液溜め部位となるべき拡大領域 24 に対応する位置にも存在させることができる。材料スポット層 30は下面基板 5側に形 成することができる。しかし、この態様に限定されない。下面基板 5側に非接着薄膜 層 11が形成された後、非接着薄膜層 11の上面に材料スポット層 30を設けることもで きるし、或いは、上面基板 3側に設けることもできる。下面基板 5がガラス製である場 合、材料スポット層 30をガラス基板の上面に形成し、非接着薄膜層 11を上面基板 3 の下面側に設けることができる。

[0068] 材料スポット層 30を形成するための材料としては、液体又は固体の任意の材料を 使用できる。液体の場合、そのままでも使用できるが、塗布し乾燥させ被膜状にして 使用することもできる。このような材料は例えば、化学反応試薬類、溶質類、塩類、糖 類、抗原類、抗体類、生理活性物質、内分泌攪乱物質、糖鎖類、糖蛋白、ペプチド、 タンパク質類、アミノ酸類、 DNA類、 RNA類、微生物類、酵母類、菌類、胞子類、植 物断片組織、動物断片組織、薬剤類、ガラス粒子、レジン粒子、磁性体粒子、金属 粒子、ポリマー、膨潤ゲル及び固化ゲルなどであることができる。これらの材料は単 独で使用することもできる力 二種類以上を併用することもできる。

[0069] 従って、材料スポット層 30は例えば、 PCR増幅反応用のオリゴマー（すなわち、 PC R用プライマー）であることもできるし、あるいは、抗原抗体反応又は酵素免疫測定 (E LISA)法における抗原類又は抗体類であることもできる。 ELISA法には直接吸着法 とサンドイッチ法の二種類があるが、直接吸着法の場合には、ガラス基板 5の固相表 面に、抗原 30 (例えば、 HIV抗原）を例えば、ァミノカップリング法、表面チオール力 ップリング法又はリガンドチオールカップリング法などの方法により付着させることがで きる。また、サンドイッチ法の場合には、抗原の代わりに一次抗体をガラス基板 5の固 相表面に結合させることができる。直接吸着法の場合、ポート 7から被検サンプル (例 えば、血清）を注入する。サンプル中に抗体 (例えば、抗 HIV抗体）があれば、抗原 3 0と反応し、結合する。その後、発色試薬などをポート 7から注入することにより抗原抗 体反応を確認することができる。サンドイッチ法の場合、目的物質 (例えば、タンパク 質)を含む溶液をポート 7から注入すると、溶液中の抗原が「抗原抗体反応」によりガ ラス基板 5上の一次抗体に結合する。その後、ポート 7から酵素標識二次抗体を注入 し、一次抗体に結合していた目的物質を定性及び定量することができる。また、材料 スポット層 30が例えば、ガラス粒子カゝらなる場合、ポート 7から被検サンプルを注入す る。サンプル中に DNAがあれば、 DNAはガラス粒子に吸着される。その後、ガラス 粒子を適当な溶離剤で洗浄すれば、目的の DNAだけを分離することができる。

[0070] 材料スポット層 30は手作業で塗布形成することもできるし、あるいは自動塗布装置 で形成することもできる。自動塗布装置は例えば、日立ハイテクノロジーズ社から巿 販されている全自動のマイクロアレイヤー（例えば、 Proteogen CM-1000)などを使 用することができる。この装置の特徴は、ガラス基板上に抗原を付着させるために、ガ ラス基板上に「プロリンカ一」と呼ばれる固定ィ匕試薬を予め固着させておくことである。 この装置によれば、 25. 4mmx76. 2mmのスタンダードフォーマットスライドガラスを 使用して、スポット径 100〜300 μ m、スポットピッチ 10 μ m、スポット密度最大 4900 スポット Zcm²で、化学反応試薬類を自動塗布することができる。材料スポット層 30が 固形物類力 なる場合、当該固形物類を適当な溶媒類などに懸濁させ、この懸濁液 をガラス基板上に塗布し、必要に応じて乾燥処理を行うことにより定着させることがで きる。

[0071] 図 7Aは本発明によるマイクロ流路チップの他の実施態様を示す概要断面図である 。図示された実施態様におけるマイクロ流路チップ 1Dは、従来の铸型を使用するリソ グラフィ一法で作成された中空状マイクロチャネル 104を有し、この中空状マイクロチ ャネル 104を分断又は連結するように非接着薄膜層 11が配設されて 、る。

[0072] 図 7Bは、図 7Aにおけるマイクロ流路チップ 1Dにおいて、非接着薄膜層 11の部分 だけが僅かに膨隆することにより空隙 18が生じ、その結果、非接着薄膜層 11両側の 、中空状マイクロチャネル 104が連通された状態を示す部分概要断面図である。液 体又は気体の導入部となるべきポート 7の開口部にアダプター 14を配設し、このァダ プター 14に送入チューブ 16を接続する。送入チューブ 16から気体 (例えば、空気） を高圧 (例えば、 lOkPa〜： LOOkPa)で送入すると、非接着薄膜層 11に対応する上 面基板部分だけが僅かに膨隆し、空隙 18が生じ、その結果、非接着薄膜層 11両端 側の、中空状マイクロチャネル 104が連通される。従って、この実施態様によれば、 非接着薄膜層 11はマイクロチャネル自体として機能することができるばかりか、従来 の光リソグラフィ方法で作製された中空状マイクロチャネル間の開閉弁又はマイクロ バルブとしての機能を果たすこともできる。

実施例 1

[0073] (1)マイクロ流路チップの作製

図 3に示される工程図に従ってマイクロ流路チップを作製した。厚さ 0. 025mmの PETフィルムの表面に線幅 400 μ mの刻線を L字状に貫通形成したマスクを準備し た。このマスクを厚さ 3mmの PDMS製下面基板の上面に載置し、自己吸着により P DMS製下面基板に貼着させた。この積層物を反応性イオンエッチング装置内に収 納し、マスク上面からトリフルォロメタン (CHF )を塗布した。塗布処理終了後、反応

3

性イオンエッチング装置力ゝら積層物を取り出し、マスクを除去した。その結果、 PDM S製下面基板の上面に、厚さ 1 mのトリフルォロメタン (CHF )薄膜パターン力 字

3

状に形成されていた。このトリフルォロメタン (CHF )

3薄膜パターンは非接着薄膜層と なるべき部分である。トリフルォロメタン (CHF )薄膜パターンが形成されている PDM

3

S製下面基板の上面側と、内径 2mmのポート用貫通孔を所定の位置に有する厚さ 0 . 1mmのシリコーンゴム製上面基板の下面側を、反応性イオンエッチング装置内で 酸素プラズマにより表面改質処理した。処理後、トリフルォロメタン (CHF )薄膜バタ

3 ーンが形成されている PDMS製下面基板の上面側にシリコーンゴム製上面基板の 下面側を貼り合わせたところ、 PDMS製下面基板とシリコーンゴム製上面基板は恒 久接着した。シリコーンゴム製上面基板のポート部位に、内径 2mmの貫通孔を有す る厚さ 5mmの矩形状アダプターを前記と同様な表面改質処理を行った後に、恒久 接着させた。

(2)送液試験

前記（1)で作製されたマイクロ流路チップにおいて、一方のポートから他方のポート に液体を送液できるカゝ試験した。ポート 9側に DNA染色液であるサイバー ·グリーン I (Cyber Green I)を 1 μ L入れ、顕微鏡で蛍光の有無を観察した。この時点では、 DN Aが存在しないため、何の蛍光も観察されなカゝつた。ポート 7側に、 TEに溶解されて V、るヒトゲノム（DNA)溶液を 10 μ L入れ、アダプターの貫通孔にシリンジを接続して ポート 7内の溶液に空気圧（陽圧）を印加した。圧力を徐々に増大させていくと、 50k Paを越えた時点で、トリフルォロメタン (CHF )薄膜パターン力もなる非接着部分が

3

膨隆してマイクロチャネルとして機能すべき空隙が発生し、ポート 7側の溶液がポート 9側に送液され、 DNA溶液は蛍光試薬と混合された。蛍光顕微鏡下で観察すると、 DNAにインター力レートされた蛍光試薬が蛍光を発して 、る様が観察できた。これに より、トリフルォロメタン (CHF )薄膜パターン力 なる非接着部分はマイクロチャネル

3

として機能できることが立証された。

実施例 2

(1)マイクロ流路チップの作製

図 4A及び図 4Bに示される工程図に従ってマイクロ流路チップを作製した。厚さ 0. 025mmの PETフィルムの表面に線幅 400 μ mの刻線を直線状に貫通形成すると共 に、途中に内径 5mmの円形状貫通孔を形成したマスクを準備した。このマスクを厚さ 3mmの PDMS製下面基板の上面に載置し、自己吸着により PDMS製下面基板に 貼着させた。この積層物を反応性イオンエッチング装置内に収納し、マスク上面から トリフルォロメタン (CHF )を塗布した。塗布処理終了後、反応性イオンエッチング装 置から積層物を取り出し、マスクを除去した。その結果、 PDMS製下面基板の上面に 、厚さ 1 mのトリフルォロメタン（CHF )薄膜パターンがマスクパターンの通りに形成

3

されていた。このトリフルォロメタン (CHF )薄膜パターンは非接着薄膜層となるべき

3

部分であり、特に、直径 5mmの円形非接着薄膜層は、最終製品のマイクロ流路チッ プにおける液溜め部分となる。トリフルォロメタン (CHF )薄膜パターンが形成されて

3

いる PDMS製下面基板の上面側と、内径 2mmのポート用貫通孔を所定の位置に有 する厚さ 0. 1mmのシリコーンゴム製上面基板の下面側を、反応性イオンエッチング 装置内で酸素プラズマにより表面改質処理した。処理後、トリフルォロメタン (CHF )

3 薄膜パターンが形成されている PDMS製下面基板の上面側にシリコーンゴム製上面 基板の下面側を貼り合わせたところ、 PDMS製下面基板とシリコーンゴム製上面基 板は恒久接着した。ポート部位を兼用できる、厚さ 5mmの、ポート部位 2箇所と液溜 めの形状と同じ形状 (すなわち、内径 5mmの円）を切り抜 、たシリコーンゴム製シート を準備した。前記恒久接着した積層上面と、このシリコーンゴム製シートの下面を反 応性イオンエッチング装置内で酸素プラズマにより表面改質処理した。処理後、両部 材を貼り合わせ、恒久接着させた。

(2) PCR増幅試験

前記（1)で作製されたマイクロ流路チップにおける液溜め部分に PCR溶液を溜め、 上面から面圧を加えた状態で PCRを実行し、 DNAの増幅の有無を確認した。先ず 、ポート 7から PCRに必要な混合溶液（プライマー、 DNA、 dNTP、バッファー及び 酵素）を加圧送液した。液溜め部位に送液された混合溶液は、途中の液溜め部位で その形状に膨れ上がり、液体が一時的に溜められることが確認できた。液溜め部位 は、上部の PDMS製シートの円形貫通孔を越えるほどに膨れ上がった。更に加圧送 液を続けると、一定の膨れ上がりの後に、ポート 9に送液された。膨れ上がった部位を 周囲の高さ（lmm厚）と同じになるように、 PDMS製シートの上面からスライドガラス で押し付けると、それぞれのポートに送液され、 PDMS製シートの厚み分（lmm)に 相当する一定量が液溜め部位に残された。このチップを、既存の PCR装置に実装し た。この PCR装置は、上面の蓋に 95°C以上に加熱されたアルミのヒートプレートを押 し付け、チューブ内の液体が蒸発するのを防ぐ機構を有していた。この機構を利用し 、上面力 チップ全体に加圧されるように、高さをアルミプレートなどで調節した状態 でチップ全面に均等な力で押し付けるように固定した。用いた酵素の温度サイクルが 実現できるように、予め温度データを実験的に抽出し、至適温度で増幅した。この結 果、宝ノィォ (株)社製の TaKaRaZ— Taq (登録商標）を用い、約 30分で PCRサイク ルが完了し、 DNAの増幅も確認できた。本実施例で使用された、液溜め部位を有す る非接着薄膜層を有するマイクロ流路チップでは、液溜め部位を利用することで液体 を溜め置き、 PCRのような温度サイクル下においても、ポートを塞がずに（すなわち、 密閉することなく）、上面から加圧するだけで、増幅作業が完了でき、反応終了後は 液溜め部位を加圧することでポート 9へ送液できることも確認できた。本実験では、既 存の PCR装置に実装し、液留め部分に空気を入れずに PCR混合液が送液でき、 P CRサイクルが速くても増幅できた。この 2点から、上面の蓋を 95°C以上に加熱しなく ても増幅できる可能性を示して 、る。

実施例 3

(1)マイクロ流路チップの作製

噴霧塗布法を用いて、図 3に示される工程図に従ってマイクロ流路チップを作製し た。厚さ 0. 025mmの PETフィルムの表面に線幅 lmmの刻線を L字状に貫通形成 したマスクを準備した。このマスクを厚さ 3mmの PDMS製下面基板の上面に載置し 、自己吸着により PDMS製下面基板に貼着させた。マスク上面力も一般に市販され て 、るシリコンアクリル榭脂系撥水剤である防水スプレーを噴霧した。噴霧処理終了 後、マスクを除去した。その結果、 PDMS製下面基板の上面に、厚さ： L m〜5 m のシリコンアクリル榭脂系撥水剤被膜パターン力 SL字状に形成されていた。このシリコ ンアクリル榭脂系撥水剤被膜パターンは非接着薄膜層となるべき部分である。シリコ ンアクリル榭脂系撥水剤被膜パターンが形成されている PDMS製下面基板の上面 側と、内径 2mmのポート用貫通孔を所定の位置に有する厚さ 0. lmmのシリコーン ゴム製上面基板の下面側を、反応性イオンエッチング装置内で酸素プラズマにより 表面改質処理した。処理後、シリコンアクリル榭脂系撥水剤被膜パターンが形成され ている PDMS製下面基板の上面側にシリコーンゴム製上面基板の下面側を貼り合 わせたところ、 PDMS製下面基板とシリコーンゴム製上面基板は恒久接着した。シリ コーンゴム製上面基板のポート部位に、内径 2mmの貫通孔を有する厚さ 5mmの矩 形状アダプターを前記と同様な表面改質処理を行った後に、恒久接着させた。

(2)送液試験

前記（1)で作製されたマイクロ流路チップにおいて、一方のポートから他方のポート に液体を送液できるカゝ試験した。ポート 9側に DNA染色液であるサイバー ·グリーン I (Cyber Green I)を 1 μ L入れ、顕微鏡で蛍光の有無を観察した。この時点では、 DN Aが存在しないため、何の蛍光も観察されなカゝつた。ポート 7側に、 TEに溶解されて V、るヒトゲノム（DNA)溶液を 10 μ L入れ、アダプターの貫通孔にシリンジを接続して ポート 7内の溶液に空気圧（陽圧）を印加した。圧力を徐々に増大させていくと、 50k Paを越えた時点で、シリコンアクリル榭脂系撥水剤被膜パターン力もなる非接着部分 が膨隆してマイクロチャネルとして機能すべき空隙が発生し、ポート 7側の溶液がポ ート 9側に送液され、 DNA溶液は蛍光試薬と混合された。蛍光顕微鏡下で観察する と、 DNAにインター力レートされた蛍光試薬が蛍光を発している様が観察できた。こ れにより、噴霧塗布法により形成されたシリコンアクリル榭脂系撥水剤被膜パターン 力もなる非接着部分はマイクロチャネルとして機能できることが立証された。

実施例 4

(1)マイクロ流路チップの作製

図 1に示されるような構造のマイクロ流路チップを印刷法により作製した。公知慣用 の印刷用 OHP(Over Head Projector)ポリエステルシート（厚さ 100 μ m)の印刷面を 酸素プラズマ処理法で表面改質し、その後、同表面改質面にアミノシラン剤を塗布 することにより、 OHPシート印刷面を恒久接着が可能となるように改質した。次いで、 パソコンで描画した L字パターンをレーザープリンタ一により OHPシートの印刷面に 印刷した。 OHPシート上には厚さ 1 μ m〜6 μ m、線幅 800 μ mのカーボンブラック 及び顔料 (主成分)が印字されていた。 OHPシートに印字された印刷薄膜パターン が存在する上面及びポート 7, 9に連通する貫通孔が開設された厚さ 100 mのシリ コーンゴムシートからなる上面基板の下面側を酸素プラズマ処理法で表面改質処理 した。次いで、表面改質された面同士を貼り合わせ、上面基板のシリコーンゴムと OH Pシートからなる下面基板とを恒久接着させた。ポート 7, 9の各部位に送入チューブ 接続用の厚み 5mmのシリコーンゴム製のアダプターを固着させ、本発明のマイクロ 流路チップを作製した。

(2)送液試験

前記（1)で作製されたマイクロ流路チップにおいて、一方のポートから他方のポート に液体を送液できるカゝ試験した。ポート 9側に DNA染色液であるサイバー ·グリーン I (Cyber Green I)を 1 μ L入れ、顕微鏡で蛍光の有無を観察した。この時点では、 DN Aが存在しないため、何の蛍光も観察されなカゝつた。ポート 7側に、 TEに溶解されて V、るヒトゲノム（DNA)溶液を 10 μ L入れ、アダプターの貫通孔にシリンジを接続して ポート 7内の溶液に空気圧（陽圧）を印加した。圧力を徐々に増大させていくと、 40k Paを越えた時点で、印刷薄膜パターン力もなる非接着部分が膨隆してマイクロチヤ ネルとして機能すべき空隙が発生し、ポート 7側の溶液がポート 9側に送液され、 DN A溶液は蛍光試薬と混合された。蛍光顕微鏡下で観察すると、 DNAにインターカレ ートされた蛍光試薬が蛍光を発している様が観察できた。これにより、印刷法により形 成されたパターン力 なる非接着部分はマイクロチャネルとして機能できることが立証 された。

実施例 5

(1)マイクロ流路チップの作製

図 5A及び図 5Bに示されるような構造のマイクロ流路チップ 1Bを実施例 1に述べた 方法に準じて作製した。

(2)電気泳動試験

ポート 7からポート 9及び 7B、 9Bに向かって日立マイクロ電気泳動用ポリマーである ゲル電気泳動物質を注入した。サンプル (検体）として、蛍光物質である FITCで標 識した DNAをポート 7Bに入れ、ポート 7Bとポート 9Bとの間に 300Vの電圧を印加し た。 FITC標識 DNAがポート 9Bにまで達したことを蛍光検出装置で確認した後、ポ ート 7Bとポート 9Bとの間の電圧印加を停止した。次いで、ポート 7とポート 9との間に 750V、ポート 7Bとポート 9Bのそれぞれに 130Vの電圧を同時に印加した。ポート 9 において FITC標識 DNAの存在が蛍光検出装置で確認できた。これにより、本発明 のマイクロ流路チップ 1Bを用いて電気泳動処理を実施できることが立証された。 実施例 6

[0078] (1)マイクロ流路チップの作製

図 6A及び図 6Bに示されるような構造のマイクロ流路チップ 1Cを実施例 1に述べた 方法に準じて作製した。但し、本実施例では、下面基板 5上の非接着薄膜層 11の上 面に、材料スポット層として PCR用プライマーを塗布し、乾燥させた後、上面基板 3を 下面基板 5に恒久接着させた。

(2)材料スポット層の固定保持試験

ポート 7からプライマー以外の PCRに必要な混合溶液（DNA、 dNTP、バッファー 及び酵素）を加圧送液した。この混合溶液が非接着薄膜層のプライマー塗布部位に 達したとき、その薬液内に乾燥したプライマーが混和された。プライマーが混和され た混合溶液をポート 9から取り出し、所定の PCR増幅反応を実施したところ DNAの 増幅が確認できた。これにより、本発明のマイクロ流路チップ 1Cによれば、チャネル の所定領域内に、結合や吸着以外の手法により、 PCR用プライマーを適切に固定保 持して、保存しておくことができることが実証された。この立証により、非接着薄膜層 の所定箇所に、例えば、バッファ作用の塩や糖を塗布し、乾燥させておくことにより、 水を送液するだけで、至適なバッファー溶液をチャネル内で製造することも可能であ ることが想 IJできる。

産業上の利用可能性

[0079] 以上、本発明のマイクロ流路チップの好ましい実施態様について具体的に説明し てきたが、本発明は開示された実施態様にのみ限定されず、様々な改変を行うことが できる。例えば、非接着薄膜層 11を碁盤の目状に形成し、個々の交点を押圧閉塞 封止する機構と組み合わせて使用することにより、何通りものチャネル送液が可能と なる。また、非接着薄膜層 11を有する基板を複数枚積重することにより、立体的な上 下送液も可能となる。

[0080] 本発明によれば、マイクロ流路チップを極めて容易かつ安価に製造することができ るので、その実用性及び経済性が飛躍的に向上される。その結果、本発明のマイク ロ流路チップは、医学、獣医学、歯科学、薬学、生命科学、食品、農業、水産、警察 鑑識など様々な分野で好適に有効利用することができる。特に、本発明のマイクロ流 路チップは、蛍光抗体法、 in situ H¾ridization等に最適なマイクロ流路チップとして、 免疫疾患検査、細胞培養、ウィルス固定、病理検査、細胞診、生検組織診、血液検 查、細菌検査、タンパク質分析、 DNA分析、 RNA分析などの広範な領域で安価に 使用できる。

Claims

請求の範囲

[1] 少なくとも上面基板と下面基板とからなり、該上面基板と下面基板とが接着されてい るマイクロ流路チップにおいて、少なくとも一方の基板の接着面側に 1本以上の非接 着薄膜層が形成されており、該非接着薄膜層の少なくとも一方の端部は大気に向か つて開口するポートに接続されて 、るマイクロ流路チップ。

[2] 前記非接着薄膜層がその途中に、円形、楕円形、矩形及び多角形状からなる群から 選択される少なくとも一種類の平面形状をした拡大領域層を一個以上更に有する請 求項 1記載のマイクロ流路チップ。

[3] 前記非接着薄膜層が交差して形成されている請求項 1記載のマイクロ流路チップ。

[4] 非接着薄膜層が下面基板の接着面側に形成され、ポートが上面基板側に形成され ている請求項 1、 2又は 3記載のマイクロ流路チップ。

[5] 非接着薄膜層が上面基板の接着面側に形成され、ポートが上面基板側に形成され ている請求項 1、 2又は 3記載のマイクロ流路チップ。

[6] 非接着薄膜層が上面基板の接着面側及び下面基板の接着面側の両方に形成され

、ポートが上面基板側に形成されている請求項 1、 2又は 3記載のマイクロ流路チップ

[7] 前記非接着薄膜層に対応する位置に 1個以上の材料スポット層が更に形成されてい る請求項 1〜6の何れかに記載のマイクロ流路チップ。

[8] 前記材料スポット層は前記非接着薄膜層に対応する位置であって、これら非接着薄 膜層が配設されて 、な 、基板側に形成されて 、る請求項 7に記載のマイクロ流路チ ップ。

[9] 前記材料スポット層は前記非接着薄膜層上に形成されている請求項 7に記載のマイ クロ流路チップ。

[10] 前記材料スポット層は、化学反応試薬類、溶質類、塩類、糖類、抗原類、抗体類、生 理活性物質、内分泌攪乱物質、糖鎖類、糖蛋白、ペプチド、タンパク質類、アミノ酸 類、 DNA類、 RNA類、微生物類、酵母類、菌類、胞子類、植物断片組織、動物断 片組織、薬剤類、ガラス粒子、レジン粒子、磁性体粒子、金属粒子、ポリマー、膨潤 ゲル及び固化ゲルカゝらなる群カゝら選択される少なくとも一種類の材料カゝら形成される 請求項 7〜9の何れかに記載のマイクロ流路チップ。

[11] 前記上面基板がポリジメチルシロキサン (PDMS)力もなり、下面基板がポリジメチル シロキサン (PDMS)又はガラス力 なることを特徴とする請求項 1記載のマイクロ流 路チップ。

[12] 請求項 1〜： L 1の何れかに記載のマイクロ流路チップの製造方法であって、少なくとも 一方の基板の接着面側に、所望の貫通パターンを有するマスクを通して、常用のィ匕 学的薄膜形成方法のうちの何れかの方法により、非接着薄膜層を塗布することから なるマイクロ流路チップの製造方法。

[13] 請求項 1〜： L 1の何れかに記載のマイクロ流路チップの製造方法であって、少なくとも 一方の基板の接着面側に、所望の貫通パターンを有するマスクを通して、被膜剤を 噴霧することにより、非接着薄膜層を塗布することからなるマイクロ流路チップの製造 方法。

[14] 請求項 1〜： L 1の何れかに記載のマイクロ流路チップの製造方法であって、少なくとも 一方の基板の接着面側に、非接着薄膜層を印刷することを特徴とするマイクロ流路 チップの製造方法。