WO2010021264A1 - 微細流路チップ製造方法及び微細流路チップ - Google Patents

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film
kgf
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貴志 鷲巣
平山 博士
俊則 瀧村
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コニカミノルタオプト株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a microchannel chip having a microchannel created by microfabrication technology, and a microchannel chip manufactured by the manufacturing method.
  • a flow path and a circuit are formed.
  • a device called a micro-analysis chip, a micro-channel chip, or ⁇ TAS (Micro Total Analysis Systems) that performs chemical reaction, separation, analysis, etc. of a liquid sample such as nucleic acid, protein, blood, etc. "Fine channel chip”) has been put into practical use.
  • a microchannel chip it is conceivable to realize an inexpensive system that can be carried in a small space because the amount of sample or reagent usage or waste liquid discharge is reduced.
  • a method for joining the resin substrate and the resin sealing member As a method for joining the resin substrate and the resin sealing member, a method using an adhesive, a method in which a resin surface is melted with a solvent, a method using ultrasonic fusion, a laser fusion, and the like are used. A method of using, a method of using heat fusion, and the like are known. However, when a flow path is formed by joining a flat sealing member to a resin substrate, a uniform flow path is generated if any distortion or warping occurs in the shape of the resin substrate and the sealing member. In some cases, it becomes a problem for a micro-channel chip that requires particularly high accuracy.
  • the fine channel chip has a resin substrate having a channel groove formed on the surface and a through hole (reagent introduction / discharge hole) provided at the end of the channel groove, and a resin And a resin film bonded to the surface of the substrate.
  • the method using an adhesive, the resin surface with a solvent A method of melting and bonding, a method of utilizing ultrasonic fusion, a method of utilizing laser fusion, a method of utilizing thermal fusion with a flat plate or roll-shaped pressurizing device, etc. Since heat fusion can be performed at a low cost, it is suitable as a joining method based on mass production.
  • the through hole fills the through hole because the volume of the through hole varies. Variations occur in the height of the liquid surface of the liquid sample.
  • the volume of the through hole is extremely larger than the volume of the channel groove.
  • the variation in the volume of the through hole greatly affects the flow direction and flow rate of the liquid sample in the flow path, and the liquid sample may not be analyzed depending on the flow direction and flow rate of the liquid sample.
  • the large variation in the volume of the through holes that is, the low quantitativeness of the liquid sample, is a big problem in analyzing the liquid sample.
  • An object of the present invention is to provide a method for producing a fine channel chip that can sufficiently obtain a bonding strength between the resin film and the resin film, and to provide a fine channel chip obtained by the production method.
  • the microchannel chip is sufficient. It has been found that it is difficult to achieve suppression of bonding strength and flow path deformation. Even when the above relationship is satisfied, in order to increase the bonding strength, if the bonding temperature is increased while maintaining the conventional press strength, the resin film may be bent in the flow direction or the resin substrate. It has been found that the flow path is deformed due to the deformation, and it is difficult to maintain sufficient analysis accuracy. Also, when the temperature is adjusted while maintaining the conventional press pressure, if the temperature is lowered, sufficient bonding strength cannot be obtained, and if the temperature is raised, the flow path is deformed and it is difficult to maintain the analysis accuracy. Met.
  • the relationship between the load deflection temperature Ts of the resin substrate and the load deflection temperature Tf of the resin film satisfies Ts> Tf, and is much lower than the conventional bonding temperature.
  • Ts> Tf the load deflection temperature
  • the pressing step includes a first pressing step of pressing the resin substrate and the resin film with a specific pressing pressure in a range of more than 10 kgf / cm 2 and not more than 60 kgf / cm 2 ; and
  • the above-mentioned item 1 further comprising a second press step of pressing the resin substrate and the resin film with a press pressure smaller than the specific press pressure of the first press step.
  • the microchannel chip manufacturing method as described.
  • the flow path is further increased by joining the resin substrate and the resin film by the first press stage and the second press stage in which the press pressure is lower than the press pressure of the first press stage. The effect of suppressing deformation and increasing the bonding temperature is obtained.
  • the press step, and the resin film and the resin substrate a first press step of crimping in particular pressing pressure contained 60 kgf / cm 2 or less in the range exceeding the 30 kgf / cm 2, the first press After the step, there is provided a second press step of pressing the resin substrate and the resin film with a specific press pressure in the range of 10 kgf / cm 2 to 30 kgf / cm 2.
  • the method for producing a microchannel chip according to the item a first press step of crimping in particular pressing pressure contained 60 kgf / cm 2 or less in the range exceeding the 30 kgf / cm 2, the first press After the step, there is provided a second press step of pressing the resin substrate and the resin film with a specific press pressure in the range of 10 kgf / cm 2 to 30 kgf / cm 2.
  • the press pressure in the first press stage is in the range of 30 kgf / cm 2 to 60 kgf / cm 2
  • the press pressure in the second press stage is in the range of 10 kgf / cm 2 to 30 kgf / cm 2.
  • the resin film and the resin film are further thermally annealed after the pressing step, so that the resin film contracts due to the thermal annealing, and the resin film is bent due to bonding. An effect of further reducing deformation can be obtained.
  • the deformation of the microchannel is suppressed by reducing the deformation of the resin film and the deformation of the resin substrate in the microchannel chip to be manufactured, and sufficient bonding is achieved. Strength can be obtained.
  • the microchannel chip manufactured using the microchannel chip manufacturing method according to the present invention that is, the microchannel chip according to the present invention, it is possible to improve the quantitativeness and reproducibility.
  • FIG. 1 is a view for explaining a resin substrate used in a method of manufacturing a microchannel chip according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the fine channel chip.
  • the resin substrate 010 uses a resin as its material.
  • 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.
  • acrylic resins such as polymethyl methacrylate and polyacrylate
  • styrene resins such as polystyrene and styrene copolymer
  • polycarbonate nylon 6, nylon 66, and polyethylene terephthalate are preferable.
  • the deflection temperature under load of the resin substrate 010 is expressed as Ts (° C.).
  • the deflection temperature under load Ts (° C.) of the resin substrate 010 represents the deflection temperature under load of the material constituting the resin substrate. Specifically, it is a flat-wise test defined by the test method JIS K 7191: 2007. The value is measured by (Method A).
  • the size of the resin substrate 010 may be any shape as long as it is easy to handle and analyze. For example, a size of about 10 mm square to 150 mm square is preferable, and 20 mm square to 100 mm square is more preferable.
  • the shape of the resin substrate 010 may be matched to the analysis method analyzer, and a shape such as a square, a rectangle, or a circle is preferable.
  • the molding method of the resin substrate 010 is not particularly limited, and examples thereof include a molding method using a mold by injection molding, injection molding, press molding, and a molding method. .
  • the shape of the microchannel 011 is in the range of 10 ⁇ m to 200 ⁇ m in both width and depth in consideration of the fact that the usage fee of the analysis sample and reagent can be reduced, the manufacturing accuracy of the mold, the transferability, and the releasability. 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, more preferably about 0.2 to 2. Further, the width and depth of the fine channel 011 may be determined according to the use of the fine channel chip.
  • the thickness of the resin substrate 010 may be any thickness as long as it has good moldability and is easy to handle.
  • a thickness of about 0.2 mm to 5 mm is preferable, and a thickness of about 1 mm to 2 mm is more preferable.
  • Resin film 020 is a film-like resin material.
  • the deflection temperature under load of the resinous film 020 is expressed as Tf (° C.).
  • the deflection temperature under load Tf (° C.) of the resin film 020 represents the deflection temperature under load of the material constituting the resin film 020 in the same manner as the deflection temperature Ts (° C.) of the resin substrate 010. It is a value measured by a flatwise test (Method A) defined in JIS K 7191: 2007. In the present invention, it is necessary to satisfy Ts (the deflection temperature under load of the resin substrate 010)> Tf (the deflection temperature under load of the resin film 020).
  • the material of the resinous film 020 is not particularly limited as long as it satisfies the relationship described on the left, but it is preferable to use any one of the materials mentioned for the resinous substrate 010 described above.
  • the resin film 020 preferably has a surface shape similar to the shape of the resin substrate 010 so that the resin film 020 can be bonded to the resin substrate 010.
  • the thickness of the resinous film 020 is preferably a value in the range of 50 ⁇ m to 200 ⁇ m in consideration of moldability and adhesion, but is not particularly limited.
  • Joining is performed using a press.
  • the press machine is arranged at a position where two surface plates face each other.
  • the two surface plates are arranged so as to be movable toward or away from the opposing surface plate, and the two surface plates can be approached until the one placed on the surface plate comes into close contact. is there.
  • Resin substrate 010 is placed on one surface plate. Then, a resin film 020 is placed on the other surface plate. Then, the temperature T (° C.) of the resin substrate 010 and the resin film 020 is increased to Tf-5 (° C.) by increasing the temperature in the box containing the resin substrate 010 and the resin film 020. It is necessary to increase to ⁇ T ⁇ Tf + 5 (° C.). This temperature T corresponds to the “joining temperature T”.
  • materials are selected such that the deflection temperature Tf under load of the resin film 020 is higher than the deflection temperature Ts under load of the resin substrate 010, and the bonding temperature is set to the load of the resin film 020. The vicinity of the deflection temperature Tf.
  • the two surface plates are moved toward the relatively opposite surface plates, the resin substrate 010 and the resin film 020 are brought into close contact with each other, and a press pressure for bonding is applied.
  • This press pressure is a value within the range of 10 kgf / cm 2 to 60 kgf / cm 2 .
  • the above-described press pressure is continuously applied for 30 seconds in a state where the resin substrate 010 and the resin film 020 are in close contact with each other.
  • This time is hereinafter referred to as “joining time”.
  • 30 seconds which is a time for sufficiently bonding the resin substrate 010 and the resin film 020 at the temperature and pressure used in this embodiment, is empirically set as the bonding time.
  • time may be used as long as it is a time during which the resin substrate 010 and the resin film 020 are completely joined, that is, a time until the heat is transmitted to the back side of the resin film 020 and the entire resin film 020 is transmitted. Specifically, it is preferably 2 seconds or longer, and more preferably 10 seconds or longer. The above heating and pressurization are performed simultaneously.
  • the deflection of the resinous film 020 is preferably 0 ⁇ t / d ⁇ 0.1.
  • the flow velocity decreases when the cross-sectional area of the fine channel 011 decreases.
  • the flow rate will also vary, so the reproducibility of detection will be reduced.
  • the reproducibility of detection is further enhanced when the relationship between the deflection amount t and the depth d of the fine channel 011 is 0 ⁇ t / d ⁇ 0.1.
  • the pressing pressure is set to 10 kgf / cm 2 to 60 kgf / cm 2 and pressing is performed with a pressure stronger than before.
  • the resin substrate 010 and the resin film 020 can be joined at a lower temperature than before.
  • the load deflection temperature Ts (° C.) of the resin substrate 010 and the load deflection temperature Tf (° C.) of the resin film 020 satisfy Ts> tf, and the bonding temperature is Tf ⁇ 5 (° C.) ⁇ T ⁇ Tf + 5 ( Therefore, the deformation of the resin substrate 010 is suppressed and the bending of the resin film 020 is suppressed to be small, and the flow path is hardly deformed. The reproducibility of detection is improved.
  • the deformation of the resin substrate 010 and the bending of the resin film 020 are suppressed to a small extent, and the deformation and variation of the cross-sectional area of the microchannel 011 can be suppressed and detected. It is possible to prevent a decrease in reproducibility.
  • the variation in the deflection of the resinous film 020 is preferably 0.05 or less.
  • FIG. 3 is a table showing conditions and results of Examples and Comparative Examples in the first embodiment and the second embodiment.
  • Each test in FIG. 3 is performed by changing the combination of the deflection temperatures under load of the resin film 020 and the resin substrate 010, the bonding temperature, and the press pressure, and the adhesion between the resin film 020 and the resin substrate 010 (that is, resin The film floating state), the deformation of the substrate, the amount of bending of the resinous film 020, and the variation of the bending of the resinous film 020 (that is, the standard deviation of the bent portion) were determined.
  • the bending amount t of the resin film 020 is obtained by taking a plurality of points on the fine flow path 011 and the through hole 012, calculating the bending (t / d) of each point, and the bending amount of the resin film 020 in those points. The average was calculated. In addition, the variation in the deflection of the resin film 020 was determined by taking a plurality of points on the fine channel 011 and the through-hole 012 and obtaining their standard deviation.
  • the resin substrate 010 having a deflection temperature Ts (° C.) of 80 ° C. is made of resin made by heating and melting acryloprene (acrylic resin) manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd. A substrate was used. Further, as the resin substrate 010 having a deflection temperature under load Ts (° C.) of 100 ° C., a resin substrate prepared by heating and melting Acrypet VH (acrylic resin) manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd. was used. Further, as the resin film 020, 75 ⁇ m (acrylic resin) made of Mitsubishi Rayon Co., Ltd. was used. The load deflection temperature Tf (° C.) of the resin film 020 is 80 ° C.
  • Appearance refers to the presence or absence of overall distortion in the microchannel chip, such as deformation of the substrate.
  • the deformation of the resin substrate 010 was examined with an Olympus microscope. Evaluation of the appearance in FIG. 3 is based on four criteria: x: deformation of the substrate, ⁇ : deformation of the edge portion of the substrate, o: almost no deformation, ⁇ : no deformation.
  • the measurement of the bending of the resin film 020 is performed by arbitrarily extracting 10 points from the fine channel 011 or the through hole 012, calculating the bending (t / d) of each point, and calculating the average of these points.
  • the standard deviation was defined as the variation in the deflection of the resin film 020.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the measurement of the deflection of the resinous film 020.
  • Example 1 The execution conditions and results of Example 1, Example 2, and Example 3 in FIG. 3 are examples according to the first embodiment.
  • Example 1 In Example 1, the load deflection temperature Ts (° C.) of the resin substrate 010 is 100 ° C., and the load deflection temperature Tf (° C.) of the resin film 020 is 80 ° C. This deflection temperature under load satisfies Ts> Tf.
  • the press pressure P is 10 kgf / cm 2, satisfies the 10kgf / cm 2 ⁇ P ⁇ 60kgf / cm 2.
  • the joining time is 30 seconds.
  • the adhesiveness was in a state where there was almost no floating and no actual harm. Further, the appearance was in a state of no deformation at all.
  • the deflection of the resinous film 020 is 0.045, which falls within the range of 0 ⁇ t / d ⁇ 0.1.
  • variation in the bending of the resin film 020 was 0.035. It can be said that the variation of this deflection is good at 0.05 or less.
  • Example 2 the deflection temperature under load Ts (° C.) of the resin substrate 010 is 100 ° C., and the deflection temperature under load Tf (° C.) of the resin film 020 is 80 ° C.
  • This deflection temperature under load satisfies Ts> Tf.
  • the bonding temperature T (° C.) is 82 ° C.
  • This temperature is Tf + 2, and satisfies Tf ⁇ 5 (° C.) ⁇ T ⁇ Tf + 5 (° C.).
  • the press pressure P is 20 kgf / cm 2, satisfies the 10kgf / cm 2 ⁇ P ⁇ 60kgf / cm 2.
  • the joining time is 30 seconds.
  • the adhesiveness was in a state where there was almost no floating and no actual harm. Further, the appearance was in a state of no deformation at all.
  • the deflection of the resinous film 020 is 0.05, which falls within the range of 0 ⁇ t / d ⁇ 0.1. And the dispersion
  • Example 3 the load deflection temperature Ts of the resin substrate 010 is 100 ° C., and the load deflection temperature Tf (° C.) of the resin film 020 is 80 ° C. This deflection temperature under load satisfies Ts> Tf.
  • the press pressure P is 60 kgf / cm 2, satisfies the 10kgf / cm 2 ⁇ P ⁇ 60kgf / cm 2.
  • the joining time is 30 seconds.
  • the adhesiveness was in a state where there was no film floating. Further, the appearance was in a state of no deformation at all.
  • the deflection of the resinous film 020 is 0.07, which is in a range of 0 ⁇ t / d ⁇ 0.1 and can be said to be good.
  • variation in the bending of the resin film 020 was 0.045. It can be said that the variation of this deflection is good at 0.05 or less.
  • the press pressure P is 1 kgf / cm 2 , and 10 kgf / cm 2 ⁇ P ⁇ 60 kgf / cm 2 is not satisfied.
  • the joining time is 30 seconds. That is, Comparative Example 1 is a case where the relationship between the deflection temperature under load and the press pressure P do not satisfy the constituent requirements of the present invention.
  • the results in this comparative example will be described.
  • the adhesiveness was in a state where adhesion failure such as film floating occurred.
  • the appearance was such that the edge of the substrate was deformed.
  • the deflection of the resin film 020 is 0.03, which is in the range of 0 ⁇ t / d ⁇ 0.1.
  • variation in the bending of the resin film 020 was 0.02.
  • the resin substrate 010 is deformed and it is difficult to perform an accurate analysis.
  • the bonding temperature T (° C.) is 75 ° C. This temperature does not satisfy Tf ⁇ 5 (° C.) ⁇ T ⁇ Tf + 5 (° C.).
  • the press pressure P is 1 kgf / cm 2 , and 10 kgf / cm 2 ⁇ P ⁇ 60 kgf / cm 2 is not satisfied.
  • the joining time is 30 seconds. That is, Comparative Example 2 is a case where the relationship between the deflection temperature under load, the joining temperature T, and the press pressure P do not satisfy the constituent requirements of the present invention.
  • the adhesiveness was in a state where adhesion failure such as film floating occurred. Further, the appearance was such that there was no substrate deformation at all.
  • the deflection of the resin film 020 is 0.023, which is in the range of 0 ⁇ t / d ⁇ 0.1.
  • variation in the bending of the resin film 020 was 0.02. In the case of this comparative example, adhesion failure occurs and it is difficult to perform an accurate analysis.
  • the bonding temperature T (° C.) is 75 ° C. This temperature does not satisfy Tf ⁇ 5 (° C.) ⁇ T ⁇ Tf + 5 (° C.).
  • the press pressure P is 10 kgf / cm 2, satisfies the 10kgf / cm 2 ⁇ P ⁇ 60kgf / cm 2.
  • the joining time is 60 seconds. That is, the comparative example 3 is a case where the relationship between the deflection temperature under load and the joining temperature T do not satisfy the constituent requirements of the present invention.
  • the adhesiveness was in a state where there was no film floating. Further, the appearance was a state where the substrate was deformed.
  • the deflection of the resin film 020 is 0.024, which is in the range of 0 ⁇ t / d ⁇ 0.1.
  • variation in the bending of the resin film 020 was 0.023. In the case of this comparative example, adhesion failure occurs and it is difficult to perform an accurate analysis.
  • Comparative Example 4 In Comparative Example 4, the deflection temperature under load Ts (° C.) of the resin substrate 010 is 100 ° C., and the deflection temperature Tf (° C.) under load of the resin film 020 is 80 ° C. This deflection temperature under load satisfies Ts> Tf.
  • the bonding temperature T (° C.) is 104 ° C. This temperature does not satisfy Tf ⁇ 5 (° C.) ⁇ T ⁇ Tf + 5 (° C.).
  • the press pressure P is 1 kgf / cm 2 , and 10 kgf / cm 2 ⁇ P ⁇ 60 kgf / cm 2 is not satisfied.
  • the joining time is 30 seconds. That is, the comparative example 4 is a case where the joining temperature T and the press pressure P do not satisfy the constituent requirements of the present invention.
  • the results in this comparative example will be described.
  • the film was not lifted at all. Further, the appearance was a state where the substrate was deformed.
  • the deflection of the resinous film 020 is 0.9 and does not fall within the range of 0 ⁇ t / d ⁇ 0.1.
  • variation in the bending of the resin film 020 is 0.8, and the dispersion
  • the resin substrate 010 is deformed, the resin film 020 is greatly bent, and the variation in bending is also large, it is difficult to perform an accurate analysis.
  • Comparative Example 5 In Comparative Example 5, the load deflection temperature Ts (° C.) of the resin substrate 010 is 100 ° C., and the load deflection temperature Tf (° C.) of the resin film 020 is 80 ° C. This deflection temperature under load satisfies Ts> Tf.
  • the bonding temperature T (° C.) is 90 ° C. This temperature does not satisfy Tf ⁇ 5 (° C.) ⁇ T ⁇ Tf + 5 (° C.).
  • the press pressure P is 1 kgf / cm 2 , and 10 kgf / cm 2 ⁇ P ⁇ 60 kgf / cm 2 is not satisfied.
  • the joining time is 30 seconds. That is, the comparative example 5 is a case where the joining temperature T and the press pressure P do not satisfy the constituent requirements of the present invention.
  • Comparative Example 6 (Comparative Example 6)
  • the deflection temperature under load Ts (° C.) of the resin substrate 010 is 100 ° C.
  • the deflection temperature Tf (° C.) under load of the resin film 020 is 80 ° C.
  • This deflection temperature under load satisfies Ts> Tf.
  • the bonding temperature T (° C.) is 82 ° C.
  • This temperature satisfies Tf ⁇ 5 (° C.) ⁇ T ⁇ Tf + 5 (° C.).
  • the press pressure P is 1 kgf / cm 2 , and 10 kgf / cm 2 ⁇ P ⁇ 60 kgf / cm 2 is not satisfied.
  • the joining time is 30 seconds. That is, Comparative Example 6 is a case where only the press pressure P does not satisfy the constituent requirements of the present invention.
  • Comparative Example 7 (Comparative Example 7)
  • the deflection temperature under load Ts (° C.) of the resin substrate 010 is 100 ° C.
  • the deflection temperature Tf (° C.) under load of the resin film 020 is 80 ° C.
  • This deflection temperature under load satisfies Ts> Tf.
  • the bonding temperature T (° C.) is 82 ° C.
  • This temperature satisfies Tf ⁇ 5 (° C.) ⁇ T ⁇ Tf + 5 (° C.).
  • the press pressure P is 5 kgf / cm 2 , and 10 kgf / cm 2 ⁇ P ⁇ 60 kgf / cm 2 is not satisfied.
  • the joining time is 60 seconds. That is, Comparative Example 7 is a case where only the press pressure P does not satisfy the constituent requirements of the present invention.
  • Comparative Example 8 In Comparative Example 8, the deflection temperature Ts (° C.) under load of the resin substrate 010 is 100 ° C., and the deflection temperature Tf (° C.) under load of the resin film 020 is 80 ° C. This deflection temperature under load satisfies Ts> Tf.
  • the bonding temperature T (° C.) is 75 ° C. This temperature is below the lower limit of the condition of Tf ⁇ 5 (° C.) ⁇ T ⁇ Tf + 5 (° C.), and does not satisfy the condition.
  • the press pressure P is 20 kgf / cm 2, satisfies the 10kgf / cm 2 ⁇ P ⁇ 60kgf / cm 2.
  • the joining time is 30 seconds. That is, the comparative example 8 is a case where the bonding temperature T is lower than the lower limit of the condition of the bonding temperature T of the present invention and does not satisfy the constituent requirements of the present invention.
  • the results other than the adhesion satisfy the quality as a product, but the film has been lifted, and the adhesion does not satisfy the quality as a product. It is difficult to perform a simple analysis. As a result, it is necessary to lower the temperature in order to suppress the bending, but it is understood that a temperature of a certain level or more is necessary to perform appropriate bonding. That is, it can be seen that the lower limit condition of the bonding temperature T in the present invention is a necessary condition.
  • Comparative Example 9 In Comparative Example 9, the deflection temperature under load Ts (° C.) of the resin substrate 010 is 100 ° C., and the deflection temperature Tf (° C.) under load of the resin film 020 is 80 ° C. This deflection temperature under load satisfies Ts> Tf.
  • the bonding temperature T (° C.) is 90 ° C. This temperature exceeds the upper limit of the condition of Tf ⁇ 5 (° C.) ⁇ T ⁇ Tf + 5 (° C.), and the condition is not satisfied.
  • the press pressure P is 20 kgf / cm 2, satisfies the 10kgf / cm 2 ⁇ P ⁇ 60kgf / cm 2.
  • the joining time is 30 seconds. That is, the comparative example 9 is a case where the bonding temperature T exceeds the upper limit of the condition of the bonding temperature T of the present invention and does not satisfy the constituent requirements of the present invention.
  • the results in this comparative example will be described.
  • the film was not lifted at all. Further, the appearance was a state in which the substrate was hardly deformed.
  • the deflection of the resinous film 020 is 0.6 and does not fall within the range of 0 ⁇ t / d ⁇ 0.1.
  • variation in the bending of the resin film 020 is 0.56, and the dispersion
  • the results other than the deflection and the variation in the deflection satisfy the quality such as the adhesiveness and the appearance, but the reproducibility is greatly deteriorated because the variation in the deflection and the deflection is large. ing.
  • it is necessary to raise the temperature in order to perform appropriate bonding but it is understood that the temperature needs to be a certain level or less in order to suppress bending and variation in bending. That is, it can be seen that the upper limit condition of the bonding temperature T in the present invention is a necessary condition.
  • Comparative Example 10 Comparative Example 10
  • the deflection temperature Ts (° C.) under load of the resin substrate 010 is 100 ° C.
  • the deflection temperature Tf (° C.) under load of the resin film 020 is 80 ° C.
  • This deflection temperature under load satisfies Ts> Tf.
  • the bonding temperature T is 82 ° C.
  • This temperature satisfies Tf ⁇ 5 (° C.) ⁇ T ⁇ Tf + 5 (° C.).
  • the press pressure P is 80 kgf / cm 2
  • the configuration does not satisfy 10 kgf / cm 2 ⁇ P ⁇ 60 kgf / cm 2 .
  • the joining time is 30 seconds. That is, Comparative Example 10 is a case where only the press pressure P does not satisfy the constituent requirements of the present invention.
  • the results in this comparative example will be described.
  • the film was not lifted at all.
  • the appearance was a state in which the substrate was deformed such as a crack in the resin substrate 010.
  • the deflection of the resin film 020 is 0.07, which is in the range of 0 ⁇ t / d ⁇ 0.1.
  • variation in the bending of the resin-made films 020 was 0.05.
  • the results other than the appearance satisfy the quality as a product, but the deformation of the substrate has occurred, and the appearance does not satisfy the quality as a product, and the analysis is accurate. Is difficult to do. Accordingly, it is understood that a certain amount of press pressure P is necessary to perform appropriate bonding, but it is necessary to adjust the press pressure P in order to maintain a good appearance. That is, it can be seen that the condition of the pressing pressure P in the present invention is a necessary condition.
  • Comparative Example 11 In Comparative Example 11, the deflection temperature under load Ts (° C.) of the resin substrate 010 is 80 ° C., and the deflection temperature under load Tf (° C.) of the resin film 020 is 80 ° C. This deflection temperature under load does not satisfy Ts> Tf.
  • the bonding temperature T is 80 ° C. This temperature satisfies Tf ⁇ 5 (° C.) ⁇ T ⁇ Tf + 5 (° C.).
  • the press pressure P is 10 kgf / cm 2, satisfies the 10kgf / cm 2 ⁇ P ⁇ 60kgf / cm 2.
  • the joining time is 30 seconds. That is, Comparative Example 11 is a case where only the relationship of the deflection temperature under load does not satisfy the constituent requirements of the present invention.
  • the results in this comparative example will be described.
  • the film was not lifted at all.
  • the appearance was a state in which the substrate was deformed such as a crack in the resin substrate 010.
  • the deflection of the resin film 020 is 0.028, which is in the range of 0 ⁇ t / d ⁇ 0.1.
  • variation in the bending of the resin film 020 was 0.03.
  • the results other than the appearance satisfy the quality as a product, but the deformation of the substrate has occurred, and the appearance does not satisfy the quality as a product, and the analysis is accurate. Is difficult to do.
  • Ts> Tf the relationship between the deflection temperature under load of the resin substrate 010 and the resin film 020 needs to satisfy Ts> Tf.
  • Example 1 As described above, in Example 1, Example 2, and Example 3 in which the microchannel chip was manufactured by the microchannel chip manufacturing method according to the present embodiment, adhesiveness, appearance, film deflection, and The quality of the product is satisfied in all items such as variation in film deflection.
  • the comparative example in which any one of the relationship of the deflection temperature under load, the joining temperature T, the pressing pressure P, or a combination thereof is different from the conditions of the present invention, several items are satisfied. Even if it exists, it cannot be used because at least one item does not satisfy the quality of the product. Therefore, when comparing the performance of the entire micro-channel chip between the comparative example and each example, it can be said that the performance of each comparative example is inferior to that of each example.
  • the configuration of the resin substrate 010, the configuration of the resin film 020, the relationship of the deflection temperature under load, and the bonding temperature in this embodiment are the same as those in the first embodiment.
  • the resinous substrate 010 and the resinous film 020 are joined, different press pressures P are applied in two stages.
  • the first stage press corresponding to the “first press stage” in the present invention
  • the resin film 020 is applied to the resin substrate 010 and the press pressure P is set to 30 kgf / cm 2 ⁇ P ⁇ 60 kgf / cm 2 .
  • the press is performed for a shorter time.
  • the second-stage press the resin film 020 is pressed against the resin-made substrate 010 for a longer time than the first-stage press at a press pressure P of 10 kgf / cm 2 ⁇ P ⁇ 30 kgf / cm 2. To do.
  • Example 4 and Example 5 in FIG. 3 are examples according to the second embodiment.
  • Example 4 the deflection temperature under load Ts (° C.) of the resin substrate 010 is 100 ° C., and the deflection temperature under load Tf (° C.) of the resin film 020 is 80 ° C. This deflection temperature under load satisfies Ts> Tf.
  • the press pressure P in the first stage is 40 kgf / cm 2, satisfies the 30kgf / cm 2 ⁇ P ⁇ 60kgf / cm 2.
  • the joining time is 2 seconds.
  • the press pressure P in the second stage is 10 kgf / cm 2, satisfies the 10kgf / cm 2 ⁇ P ⁇ 30kgf / cm 2.
  • the joining time is 28 seconds. That is, the first stage press time is shorter than the second stage press time.
  • the adhesiveness was in a state where the resin film 020 was not lifted at all. Further, the appearance was in a state of no deformation at all.
  • the deflection of the resinous film 020 is 0.049, which is favorable within the range of 0 ⁇ t / d ⁇ 0.1.
  • variation in the bending of the resin film 020 was 0.012. The variation of this deflection is 0.05 or less, which is good.
  • Example 5 the load deflection temperature Ts (° C.) of the resin substrate 010 is 100 ° C., and the load deflection temperature Tf (° C.) of the resin film 020 is 80 ° C. This deflection temperature under load satisfies Ts> Tf.
  • the press pressure P in the first stage is 60 kgf / cm 2, satisfies the 30kgf / cm 2 ⁇ P ⁇ 60kgf / cm 2.
  • the joining time is 2 seconds.
  • the press pressure P in the second stage is 10 kgf / cm 2, satisfies the 10kgf / cm 2 ⁇ P ⁇ 30kgf / cm 2.
  • the joining time is 28 seconds. That is, the first stage press time is shorter than the second stage press time.
  • the adhesiveness was in a state where the resin film 020 was not lifted at all. Further, the appearance was in a state of no deformation at all.
  • the deflection of the resinous film 020 is 0.05, which is well within the range of 0 ⁇ t / d ⁇ 0.1.
  • variation in the bending of the resin film 020 was 0.014. The variation of this deflection is 0.05 or less, which is good.
  • Example 4 and Example 5 which are examples according to the present embodiment, the adhesiveness, appearance, film deflection, and film deflection variation are all good. Furthermore, when Example 4 and Example 5 and Example 1 thru
  • the press pressure P is reduced when bonding is performed by a single-stage press, the film deflection and the variation in film deflection can be suppressed, but the adhesiveness is slightly inferior in order to suppress with a weak force.
  • the press pressure is increased when bonding is performed with only one stage of press, the bondability is improved.
  • the pressing pressure is changed and the pressing is performed in two stages as in the present embodiment, the bonding performance is improved without causing a large deflection by pressing the first stage with a strong force in a short time. It is possible to perform the bonding without bending by the weak press of the second stage, and it becomes possible to manufacture a fine channel chip with higher reproducibility.
  • the two-stage pressing is performed.
  • this may be configured so that the pressing is performed a larger number of times as long as it is multi-stage.
  • the control becomes complicated, and there is a risk that the effect of improving the adhesion by strong pressure and the effect of preventing deflection by weak pressure may be reduced. Therefore, it is preferable to perform the pressing within three stages.
  • the manufacturing method of the microchannel chip according to the present embodiment is configured to include a stage of performing thermal annealing (also referred to as “annealing process”) after the first embodiment or the second embodiment.
  • the annealing treatment refers to performing heat treatment or wet heat treatment at a constant temperature for a certain time.
  • thermal annealing is performed after joining (pressing only one stage) of the first embodiment will be described as an example.
  • the configuration of the resin substrate 010, the configuration of the resin film 020, the relationship of the deflection temperature under load, and the bonding temperature in this embodiment are the same as those in the first embodiment.
  • the bonded resin substrate 010 and the resin film 020 are subjected to thermal annealing.
  • the bending of the resin film 020 in the fine channel 011 or the through-hole 012 means that the resin film 020 covering the fine channel 011 or the through-hole 012 is expanded or made of resin by heating. It can be considered that the thickness of the film 020 is reduced, and as a result, the increased area is pushed into the microchannel 011 and the through hole 012. That is, in order to reduce the bending of the resin film 020 or to eliminate the bending of the resin film 020, the resin film 020 that covers the fine channel 011 and the through hole 012 may be contracted. It was confirmed by experiments that the resin film 020 contracts when heated to around the glass transition temperature, and the bending of the resin film 020 is reduced or eliminated.
  • the thermal annealing conditions such as the heating temperature and the heating time vary depending on the physical properties, thickness, thickness of the fine film 011 and the diameter of the through-hole 012 of the resin film 020.
  • a heating method a method in which the micro-channel chip is put into a heating atmosphere using a thermostatic bath, a method in which the micro-channel chip is partially heated using a heat blower, and a resin made using a UV irradiation device
  • the method include heating the film 020 by absorbing UV light, but the method is not limited thereto. Further, the longer heating time was effective for correcting the deflection, but there is a possibility that the deterioration of the resin, the deformation of the fine flow path 011 or the through hole 012, and the deformation of the resin substrate 010 itself may occur. It is necessary to adjust conditions so that deterioration and change do not occur.
  • thermal annealing is performed in a thermostatic bath at 90 ° C. for 1 hour.
  • FIG. 4 is a table showing conditions and results of examples and comparative examples in the present embodiment.
  • the implementation conditions and results of Example 6, Example 7, and Example 8 in FIG. 4 are examples according to the third embodiment.
  • the state before thermal annealing in FIG. 4 represents which state of the microchannel chip in FIG. 3 is subjected to thermal annealing.
  • the deflection of the resin film 020 before thermal annealing and the variation in deflection in FIG. 3 are the same as the deflection and deflection of the resin film 020 before the thermal annealing described above.
  • Example 6 thermal annealing was performed on the micro-channel chip manufactured in Example 1 in FIG. Therefore, the deflection temperature under load of the resin substrate 010, the deflection temperature under load of the resin film 020, the bonding temperature T, the press pressure P, and the bonding time are the same as in the first embodiment.
  • the deflection of the resinous film 020 after the thermal annealing in this example is 0.023. This indicates that the deflection of the resin film 020 is considerably reduced as compared to 0.045 of the deflection of the resin film 020 before the thermal annealing. Moreover, the variation in the deflection of the resinous film 020 after the thermal annealing in this example is 0.02. This indicates that the variation in deflection of the resin film 020 is considerably reduced as compared to 0.035 of the variation in deflection of the resin film 020 before the thermal annealing.
  • Example 7 thermal annealing was performed on the micro-channel chip manufactured in Example 2 in FIG. Therefore, the deflection temperature under load of the resin substrate 010, the deflection temperature under load of the resin film 020, the joining temperature T, the press pressure P, and the joining time are the same as in the second embodiment.
  • the deflection of the resinous film 020 after the thermal annealing in this example is 0.028. This indicates that the deflection is considerably reduced as compared with 0.05 of the deflection of the resinous film 020 before the thermal annealing. Moreover, the variation in the deflection of the resinous film 020 after the thermal annealing in this example is 0.03. This indicates that the variation in deflection is considerably reduced as compared with 0.042 in the variation in deflection of the resin film 020 before the thermal annealing.
  • Example 8 thermal annealing was performed on the micro-channel chip manufactured in Example 3 in FIG. Therefore, the deflection temperature under load of the resin substrate 010, the deflection temperature under load of the resin film 020, the joining temperature T, the press pressure P, and the joining time are the same as in the third embodiment.
  • the results in this example will be described.
  • the deflection of the resinous film 020 after the thermal annealing in this example is 0.035. This indicates that the deflection is considerably reduced as compared with 0.07 of the deflection of the resin film 020 before the thermal annealing.
  • the variation in the deflection of the resinous film 020 after the thermal annealing in this example is 0.035. This indicates that the variation in deflection is considerably reduced as compared with 0.045 of the variation in deflection of the resin film 020 before the thermal annealing.
  • Comparative Example 12 In Comparative Example 12, thermal annealing was performed on the microchannel chip manufactured in Comparative Example 5 in FIG. Therefore, the deflection temperature under load of the resin substrate 010, the deflection temperature under load of the resin film 020, the joining temperature T, the press pressure P, and the joining time are the same as in Comparative Example 5.
  • the reason why the thermal annealing was performed on the comparative example 5 is that the resin is obtained by performing thermal annealing on the micro-channel chip which has a problem in the bending of the resin film 020 and a variation in the bending and has no problem in other results. This is because it is determined whether or not the evaluation is the same as the example corresponding to the present embodiment by reducing the deflection of the film-made 020 and the variation of the deflection.
  • the deflection of the resinous film 020 after the thermal annealing in this comparative example is 0.2. This indicates that the deflection is considerably reduced as compared with the deflection 0.5 of the resinous film 020 before the thermal annealing. However, this value does not fall within the range of 0 ⁇ t / d ⁇ 0.1, and is considerably deformed as compared with other examples, and the reproducibility as a microchannel chip is low. It is. Further, the variation in the deflection of the resinous film 020 after the thermal annealing in this example is 0.3.
  • the resin film is bent and bent by performing thermal annealing compared to the microchannel chip before performing thermal annealing. Variations can be reduced. This makes it possible to manufacture a fine channel chip with higher reproducibility.

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Abstract

 製造する微細流路チップにおける流路へ樹脂製フィルムを撓ませないようにして、液体試料の滞留を抑え、定量性及び再現性を高める。  そのための微細流路チップの製造方法は、流路用溝011が形成された樹脂製基板010の、流路用溝011が形成された面に樹脂製フィルム020を接合する微細流路チップ製造方法であって、樹脂製基板010の荷重たわみ温度Ts(℃)と樹脂製フィルム020の荷重たわみ温度Tf(℃)とはTs>Tfを満たし、接合温度をT(℃)とした場合に、樹脂製基板010と樹脂製フィルム020とを、Tf-5(℃)<T<Tf+5(℃)の接合温度で、且つ、10kgf/cm~60kgf/cmの範囲のプレス圧で圧着するプレス段階、を有する。

Description

微細流路チップ製造方法及び微細流路チップ
 本発明は、微細加工技術により作成された微細流路を有する微細流路チップの製造方法、及び当該製造方法により製造された微細流路チップに関する。
 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用溝を形成し、当該基板に対して平板状の封止部材を接合することにより流路や回路を形成することで、微小空間上に核酸、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、微細流路チップ、或いはμTAS(Micro Total Analysis Systems)などと称される装置(以下では、「微細流路チップ」という。)が実用化されている。このような微細流路チップの利点としては、サンプルや試薬の使用料また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。
 また、製造コストの削減の要望から、樹脂製の微細流路チップの基板や封止部材により製造することも検討されている。
 樹脂製基板と樹脂製の封止部材を接合するための方法としては、接着剤を利用する方法、溶剤で樹脂表面を溶かして接合する方法、超音波融着を利用する方法、レーザ融着を利用する方法、熱融着を利用する方法などが知られている。しかしながら、樹脂製基板に平板状の封止部材を接合して流路を形成する場合、樹脂製基板及び封止部材の形状に少しでも歪みや反りが発生していると均一な流路を生成することが困難となり、特に高い精度が要求される微細流路チップとしては問題となる場合があった。
 そこで、微細な流路用溝を形成した樹脂製基板に樹脂フィルムを接合させた微細流路チップが検討されている。当該微細流路チップは、表面に流路用溝が形成されるとともに、流路用溝の終端などに設けられた貫通孔(試薬導入、排出穴)が形成された樹脂製基板と、樹脂製基板の表面に接合された樹脂製フィルムとによって作製される。
 樹脂製基板と樹脂製フィルムとを接合する方法としては、前述の樹脂製基板と平板状の封止部材からなる微細流路チップの場合と同様に、接着剤を利用する方法、溶剤で樹脂表面を溶かして接合する方法、超音波融着を利用する方法、レーザ融着を利用する方法、平板状またはロール状の加圧装置により熱融着を利用する方法などが挙げられるが、なかでも、熱融着は低コストで実施できるため、大量生産を前提とした接合方法として適する。
 このような微細流路チップとしては、ポリメチルメタクリレート等のアクリル系樹脂製の基板に、同じくアクリル系樹脂製のフィルムを加圧熱融着させた微細流路チップ(例えば、特許文献1参照。)が提案されている。
特開2000-319613号公報
 しかしながら、特許文献1に記載された技術(プレス圧1kgf/cm、104℃の条件下での加熱融着。実施例を参照。)を用いて微細流路チップを製造した場合、樹脂製フィルムが撓んで微細流路や貫通孔の中に入り込んでしまったり、樹脂製の基盤が変形したりして流路の変形を引き起こすことが判明した。また、このような流路変形の原因が、過度に加熱されて軟化した樹脂製フィルムが加圧されることにより、流路や貫通孔の空間に押し込まれたり、軟化した基材が加圧されることで接合面の近傍に変形が発生したりするためであることも分かった。
 このように、流路の変形が発生した場合、流路用溝と樹脂製フィルムとから形成される微細流路が本来あるべき断面形状(長方形や台形など)よりも狭くなり、流路全体における液体試料の流速が低下したり、流速のばらつきが発生したりするため、正確な分析が困難になる。また、樹脂製フィルムが流路側に撓んだ場合は、樹脂製フィルムと流路用溝の壁面とによりなる角度が、本来の90度よりも鋭角になるため、液体試料の流速を部分的に遅くすることで流速にばらつきが発生したり、撓んだ樹脂製フィルムが検出光を発散させたりしてしまい、結果的に、検出ピークを弱くしてしまうため、正確な分析が困難になるという問題が発生した。同様に、基板が変形した場合も流速のばらつきや検出光の発散が発生し、正確な分析が困難となる問題があった。
 また、液体試料の流入口となる貫通孔において、樹脂製フィルムが貫通孔の中に撓んだり、基板の変形が発生したりした場合、貫通孔の体積がばらつくことで、貫通孔に満たされる液体試料の液面の高さにばらつきが生じる。貫通孔の体積は流路用溝の容積に比べて極めて大きい。貫通孔の体積がばらつくことにより、流路における液体試料の流れる方向や流速等に大きく影響し、液体試料の流れる方向や流速等によっては、液体試料の分析ができない場合も生じる。貫通孔の体積のばらつきが大きいこと、すなわち、液体試料の定量性が低いことは、液体試料を分析する上で、大きな問題となる。また、貫通孔に満たされる液体試料の液面の高さのばらつきに起因して、貫通孔内の液体試料と他の貫通孔内の液体試料との水頭差が生じると、水頭差に起因する液体試料の流れが生じ、液体試料を分析する上で、再現性が低下するという問題も発生した。
 この発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、製造する微細流路チップにおける流路の変形を抑制し、液体試料の滞留を抑え、定量性及び再現性を高めるとともに、樹脂基材と樹脂製フィルムとの接合強度も十分に得られる、微細流路チップの製造方法を提供すること、及び当該製造方法により得られる微細流路チップを提供することを目的としている。
 上記目的を達成するための構成は以下である。
 1.流路用溝が形成された樹脂製基板の、前記流路用溝が形成された面に樹脂製フィルムを接合する微細流路チップ製造方法であって、前記樹脂製基板の荷重たわみ温度Ts(℃)と前記樹脂製フィルムの荷重たわみ温度Tf(℃)とはTs>Tfを満たし、接合温度をT(℃)とした場合に、前記樹脂製基板と前記樹脂製フィルムとを、Tf-5(℃)<T<Tf+5(℃)の接合温度で、且つ、10kgf/cm~60kgf/cmの範囲のプレス圧で圧着するプレス段階、を有することを特徴とする微細流路チップ製造方法。
 本発明者らの検討の結果、樹脂製基板の荷重たわみ温度Tsと樹脂製フィルムの荷重たわみ温度Tfとの関係が、Ts>Tfの関係を満たさない場合には、微細流路チップとして十分な接合強度と流路変形の抑制を達成することが困難であることが判明した。また、上記の関係を満たす場合であっても、接合強度を高めるために、従来のプレス強度を保ちながら接合温度を高めた場合は、樹脂製フィルムの流路方向への撓みや、樹脂製基板の変形による流路の変形が発生してしまい、十分な分析精度を保つことが困難となることが判明した。また、従来のプレス圧を保ちながら温度調整をした場合、温度を低くすると十分な接合強度が得られず、温度を高めた場合は、やはり流路の変形が生じて分析精度を保つことが困難であった。
 また、本発明者の更なる検討の結果、樹脂製基板の荷重たわみ温度Tsと樹脂製フィルムの荷重たわみ温度Tfとの関係がTs>Tfを満たした上で、従来よりも非常に低い接合温度、かつ従来よりも非常に高いプレス圧で接合を行った場合に、流路の変形を十分に抑制することが可能となり、更に、十分な接合強度も得られるということが判明したものである。このような構成により、流路の断面積の縮小や断面積のばらつきを抑えることができる。更には、検出の再現性の低下を防止することが可能となる。
 2.前記プレス段階が、前記樹脂製基板と前記樹脂製フィルムとを、10kgf/cmを超え60kgf/cm以下の範囲の特定のプレス圧で圧着する第1プレス段階と、前記第1プレス段階の後に、前記樹脂製基板と前記樹脂製フィルムとを、前記第1プレス段階の前記特定のプレス圧よりも小さいプレス圧で圧着する第2プレス段階と、を有することを特徴とする前記1項に記載の微細流路チップ製造方法。
 上述の2.の構成によれば、第1プレス段階と、第1プレス段階のプレス圧よりも小さいプレス圧で圧着する第2プレス段階により、樹脂製基板と樹脂製フィルムとを接合することで、更に流路変形を抑制し、接合温度を高める効果が得られる。
 3.前記プレス段階が、前記樹脂製基板と前記樹脂製フィルムとを、30kgf/cmを超え60kgf/cm以下の範囲に含まれる特定のプレス圧で圧着する第1プレス段階と、前記第1プレス段階の後に、前記樹脂製基板と前記樹脂製フィルムとを、10kgf/cm~30kgf/cmの範囲の特定のプレス圧で圧着する第2プレス段階と、を有することを特徴とする前記1項に記載の微細流路チップ製造方法。
 上述の3.の構成によれば、第1プレス段階のプレス圧を、30kgf/cm~60kgf/cmの範囲とし、第2プレス段階のプレス圧を、10kgf/cm~30kgf/cmの範囲とすることで、更に流路変形を抑制し、接合強度を高める効果が得られる。
 4.前記第1プレス段階において圧力をかける時間は前記第2プレス段階において圧力をかける時間よりも短いことを特徴とする前記2項又は前記3項に記載の微細流路チップ製造方法。
 上述の4.の構成によれば、第1プレス段階において圧力をかける時間を第2プレス段階において圧力をかける時間よりも短くすることで、更に流路変形を抑制し、接合強度を高める効果が得られる。
 5.前記プレス段階後に、前記樹脂製基板と前記樹脂製フィルムとを熱アニールする段階をさらに有することを特徴とする前記1項乃至前記4項のいずれか一つに記載の微細流路チップ製造方法。
 上述の5.の構成によれば、前記プレス段階後に前記樹脂製基板と前記樹脂製フィルムとを熱アニールする段階をさらに有することで、熱アニールにより樹脂製フィルムが収縮し、接合時に発生した樹脂フィルムの撓みによる変形を更に軽減する効果が得られる。
 6.前記1乃至5項のいずれか一つに記載の微細流路チップ製造方法により製造されたことを特徴とする微細流路チップ。
 本発明に係る微細流路チップ製造方法によれば、製造する微細流路チップにおける樹脂製フィルムの撓み及び樹脂製基板の変形を軽減することで微細流路の変形を抑制し、かつ十分な接合強度を得ることができる。これにより、本発明に係る微細流路チップ製造方法を用いて製造された微細流路チップ、すなわち本発明に係る微細流路チップにおいて、定量性及び再現性を向上させることが可能となる。
本発明の実施形態に係る微細流路チップの製造方法で使用される樹脂製基板を説明するための図 微細流路チップの断面図 第1の実施形態及び第2の実施形態における実施例及び比較例の条件及び結果を表す表の図 第3の実施形態における実施例及び比較例の条件及び結果を表す表の図
〔第1の実施形態〕
 以下、この発明の第1の実施形態に係る微細流路チップの製造方法について説明する。図1はこの発明の実施形態に係る微細流路チップの製造方法で使用される樹脂製基板を説明するための図である。図2は、微細流路チップの断面図である。
 図1に示す樹脂製基板010は、複数の貫通孔012を有している。さらに、樹脂製基板010は、それら複数の貫通孔012を結ぶ微細流路011を有している。
 この樹脂製基板010は、その材料として樹脂が用いられる。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あげられるが、特に限定されるものではない。例えば、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリレート等のアクリル系樹脂、ポリスチレン、スチレンコポリマ等のスチレン系樹脂、ポリカーボネート、ナイロン6、ナイロン66、ポリエチレンテレフタレートなどが好ましい。
 本発明においては、樹脂製基板010の荷重たわみ温度はTs(℃)と表す。ここで、樹脂製基板010の荷重たわみ温度Ts(℃)は、樹脂製基板を構成する材料の荷重たわみ温度を表し、具体的には試験法JIS K 7191:2007で規定されているフラットワイズ試験(A法)により測定された値とする。
 樹脂製基板010のサイズは、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よい。例えば、10mm角~150mm角程度の大きさが好ましく、20mm角~100mm角がより好ましい。そして、樹脂製基板010の形状は、分析手法分析装置に合わせればよく、正方形、長方形、円形等の形状が好ましい。
 さらに、樹脂製基板010の成形方法は特に限定するものではないが、例えば、金型を用いて射出成形、注入成形、プレス成形等で成形する方法や、機械加工で成形する方法などが挙げられる。
 微細流路011の形状は、分析試料、試薬の使用料を少なくできること、成形金型の製作精度、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011の幅と深さは、微細流路チップの用途によって決定されればよい。
 また、樹脂製基板010の板厚は、成形性がよく、取り扱いし易い厚さであればよい。例えば、0.2mm~5mm程度の厚さが好ましく、1mm~2mm程度の厚さがより好ましい。
 樹脂製フィルム020は、フィルム状の樹脂材料である。本発明では、樹脂製フィルム020の荷重たわみ温度をTf(℃)と表す。ここで、樹脂製フィルム020の荷重たわみ温度Tf(℃)は、樹脂製基板010の荷重たわみ温度Ts(℃)と同様に、樹脂製フィルム020を構成する材料の荷重たわみ温度を表し、試験法JIS K 7191:2007で規定されているフラットワイズ試験(A法)により測定された値とする。そして、本発明においては、Ts(樹脂製基板010の荷重たわみ温度)>Tf(樹脂製フィルム020の荷重たわみ温度)を満たす必要がある。樹脂製フィルム020の材料は、左記の関係を満たしていれば特に制限はないが、上述の樹脂製基板010で挙げた材料のいずれかの材料を使用することが好ましい。また、この樹脂製フィルム020は、樹脂製基板010と接合できるように樹脂製基板010の形状と同様の面形状を有していることが好ましい。
 樹脂製フィルム020の厚みは、成形性や密着性などを考慮して、50μm~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。
 次に樹脂製基板010と樹脂製フィルム020との接合について具体的に説明する。接合はプレス機を用いて行われる。プレス機は2つの定盤が対向する位置に配置されている。そして、該2つの定盤は対向する定盤に向かって接近又は離れる方向に可動可能に配置されており、該2つの定盤はその定盤上に置かれたものが密着するまで接近可能である。
 樹脂製基板010を一方の定盤の上に載置する。そして、他方の定盤の上に樹脂製フィルム020を載置する。そして、それら樹脂製基板010及び樹脂製フィルム020を収納している箱の中の温度を上昇させることにより、樹脂製基板010及び樹脂製フィルム020の温度T(℃)をTf-5(℃)<T<Tf+5(℃)まで上昇必要がある。この温度Tが「接合温度T」にあたる。本発明においては、樹脂製フィルム020の荷重たわみ温度Tfを樹脂製基板010の荷重たわみ温度Tsよりも高くなるように材料の選択等を行っており、更に、接合温度を樹脂製フィルム020の荷重たわみ温度Tfの近傍としている。この様な条件に設定することにより、高い圧力が加わっても樹脂製基板010の変形は起こらず、樹脂製フィルム020の流路方向への撓みも抑制することが可能である。ここで、接合温度が樹脂製フィルム020の荷重たわみ温度Tfよりも低い場合であっても、Tf-5(℃)より高い温度であれば接着可能である。
 2つの定盤を相対的に対向する定盤に向かって移動させ樹脂製基板010及び樹脂製フィルム020を密着させ接合のためのプレス圧をかける。このプレス圧は、圧力10kgf/cm~60kgf/cmの範囲内の値である。そして、樹脂製基板010と樹脂製フィルム020とを密着させた状態で上述のプレス圧を30秒間かけ続ける。この時間を以下では「接合時間」という。ここで、本実施形態では経験的に本実施形態で用いる温度及び圧力で樹脂製基板010と樹脂製フィルム020とが十分に接合する時間である30秒を接合時間としたが、この接合時間は樹脂製基板010及び樹脂製フィルム020が完全に接合する時間、すなわち樹脂製フィルム020の裏側まで熱が伝わり樹脂製フィルム020の全体に熱が伝わるまでの時間)であれば他の時間でもよい。具体的には、2秒以上が好ましく、10秒以上がより好ましい。上述の加熱及び加圧は同時に行われる。
 ここで、図2に示すように接合面から流路底辺方向への撓み量tの流路深さdに対する割合として、撓みをt/dと表現した場合、作成した微細流路チップにおいて、接合した状態で樹脂製フィルム020の撓みは0≦t/d<0.1となることが好ましい。その理由を以下に説明する。微細流路チップ内の微細流路011に分析対象物を電圧駆動、圧力駆動で流速を制御して流す必要がある。その際、微細流路011の断面積が流路内の流速に影響を与えることが実験の結果判明した。特に圧力駆動の場合、微細流路011の断面積が小さくなると流速が低下する。常に同じ形状であれば問題ないが、微細流路チップ同士で撓み量にばらつきがある場合、流速にもばらつきが生じてしまうため、検出の再現性が低下してしまう。発明者の実験の結果、撓み量tと微細流路011の深さdの関係が0≦t/d<0.1であることで検出の再現性が更に高まることが判明した。
 上述のように、本実施形態に係る微細流路チップの製造方法では、プレス圧を10kgf/cm~60kgf/cmとし、従来よりも強い圧力でプレスする。これにより、従来よりも低い温度で樹脂製基板010と樹脂製フィルム020との接合が可能となる。そして、樹脂製基板010の荷重たわみ温度Ts(℃)と樹脂製フィルム020の荷重たわみ温度Tf(℃)がTs>tfを満たし、接合時の温度がTf-5(℃)<T<Tf+5(℃)としているため、本実施形態における程度の強めの圧力をかけた場合でも、樹脂製基板010の変形が抑制されるとともに、樹脂製フィルム020の撓みは小さく抑えられ、流路の変形はほとんどない程度に抑えることができ、検出の再現性は良好になる。したがって、本実施形態に係る微細流路チップの製造方法では、樹脂製基板010の変形や、樹脂製フィルム020の撓みを僅少に抑え、微細流路011の断面積の変形やばらつきを抑えられ検出の再現性の低下を防止することが可能となる。この樹脂製フィルム020の撓みのばらつきは0.05以下であることが好ましい。
 次に、第1の実施形態に係る具体的な実施例について、図3を参照して説明する。図3は第1の実施形態及び第2の実施形態における実施例及び比較例の条件及び結果を表す表の図である。図3における各試験は、樹脂製フィルム020及び樹脂製基板010の荷重たわみ温度の組み合わせ、接合温度、プレス圧を変更して、樹脂製フィルム020と樹脂製基板010との接着性(すなわち樹脂製フィルムの浮きの状態)、基板の変形、樹脂製フィルム020の撓み量、樹脂製フィルム020の撓みのばらつき(すなわち、撓んでいる部分の標準偏差)を求めた。ここで、樹脂製フィルム020の撓み量tは、微細流路011及び貫通孔012上の点を複数採り、各点の撓み(t/d)を算出し、それらにおける樹脂製フィルム020の撓みの平均を求めた。また、樹脂製フィルム020の撓みのばらつきは、微細流路011及び貫通孔012上の点を複数採り、それらの標準偏差を求めた。
 図3の各実施例及び各比較例では、荷重たわみ温度Ts(℃)が80℃の樹脂製基板010としては、三菱レーヨン株式会社製アクリプレン(アクリル系樹脂)を加熱溶融して作成した樹脂製基板を用いた。また、荷重たわみ温度Ts(℃)が100℃の樹脂製基板010としては、三菱レーヨン株式会社製アクリペットVH(アクリル系樹脂)を加熱溶融して作成した樹脂製基板を用いた。また、樹脂製フィルム020として、三菱レーヨン株式会社製アクリプレン75μm(アクリル系樹脂)を用いた。この樹脂製フィルム020の荷重たわみ温度Tf(℃)は80℃である。そして、各実施例及び各比較例では、神東工業株式会社製デジタルプレス機を用いて接着を行った。
(接着性の測定方法)
 次に接着性の測定方法について説明する。接着性の測定にはオリンパス社製・蛍光観察顕微鏡装置BX51を用いて樹脂製フィルム020の浮きの状態を調べた。図3における接着性の評価としては、×:フィルムの浮き等の接着不良が発生、△:フィルムの浮き等の接着不良は発生するが×よりは改善されている、○:ほとんど浮き等は発生せず実害性はない、◎:フィルムの浮きは全くなし、という4つの基準で評価を行っている。
(外観の測定方法)
 次に外観の測定方法について説明する。外観とは基板の変形など微細流路チップにおける全体的な歪みの有無を指す。外観の測定には、オリンパス社製の顕微鏡で樹脂製基板010の変形を調べた。図3における外観の評価としては、×:基板の変形が発生、△:基板のエッジ部分などが変形、○:ほとんど変形なし、◎:全く変形なし、という4つの基準で評価を行っている。
 (樹脂製フィルムの撓み測定方法)
 次に樹脂製フィルム020の撓み測定方法について説明する。樹脂製フィルム020の測定には、Veeco社製 白色干渉計Wyko3300を用いて、VSIモードで樹脂製フィルム020の撓みを測定した。樹脂製フィルム020の撓みは、図2に示すように、接合面から流路底辺方向への撓み量tの流路深さdに対する割合としてt/dで表現する。樹脂製フィルム020の撓みの測定は微細流路011又は貫通孔012上から任意に10箇所を抽出して測定し、各箇所の撓み(t/d)を算出しそれらの平均を樹脂製フィルム020の撓み量とし、それらの標準偏差を樹脂製フィルム020の撓みのばらつきとした。図4は樹脂製フィルム020の撓みの測定を説明するための図である。
 図3における実施例1、実施例2、実施例3の実施条件及び結果が第1の実施形態に係る実施例である。
 (実施例1)
 実施例1では、樹脂製基板010の荷重たわみ温度Ts(℃)が100℃、樹脂製フィルム020の荷重たわみ温度Tf(℃)が80℃、である。この荷重たわみ温度はTs>Tfを満たす。また、接合温度T(℃)は82℃である。この温度は、T=Tf+2であり、Tf-5(℃)<T<Tf+5(℃)を満たす。さらに、プレス圧Pは10kgf/cmであり、10kgf/cm≦P≦60kgf/cmを満たす。そして、接合時間は30秒である。
 本実施例における結果について説明する。接着性は、ほとんど浮き等は発生せず実害性はない状態であった。また、外観は、全く変形なしという状態であった。そして、樹脂製フィルム020の撓みは0.045であり、0≦t/d<0.1の範囲に収まっており良好といえる。そして、樹脂製フィルム020の撓みのばらつきは0.035であった。この撓みのばらつきは0.05以下に収まっており良好といえる。
 (実施例2)
 実施例2では、樹脂製基板010の荷重たわみ温度Ts(℃)が100℃、樹脂製フィルム020の荷重たわみ温度Tf(℃)が80℃、である。この荷重たわみ温度はTs>Tfを満たす。また、接合温度T(℃)は82℃である。この温度は、T=Tf+2であり、Tf-5(℃)<T<Tf+5(℃)を満たす。さらに、プレス圧Pは20kgf/cmであり、10kgf/cm≦P≦60kgf/cmを満たす。そして、接合時間は30秒である。
 本実施例における結果について説明する。接着性は、ほとんど浮き等は発生せず実害性はない状態であった。また、外観は、全く変形なしという状態であった。そして、樹脂製フィルム020の撓みは0.05であり、0≦t/d<0.1の範囲に収まっており良好といえる。そして、樹脂製フィルム020の撓みのばらつきは0.042であった。この撓みのばらつきは0.05以下に収まっており良好といえる。
 (実施例3)
 実施例3では、樹脂製基板010の荷重たわみ温度Tsが100℃、樹脂製フィルム020の荷重たわみ温度Tf(℃)が80℃、である。この荷重たわみ温度はTs>Tfを満たす。また、接合温度T(℃)は82℃である。この温度は、T=Tf+2であり、Tf-5(℃)<T<Tf+5(℃)を満たす。さらに、プレス圧Pは60kgf/cmであり、10kgf/cm≦P≦60kgf/cmを満たす。そして、接合時間は30秒である。
 本実施例における結果について説明する。接着性は、フィルムの浮きが全くない状態であった。また、外観は、全く変形なしという状態であった。そして、樹脂製フィルム020の撓みは0.07であり、0≦t/d<0.1の範囲に収まっており良好といえる。そして、樹脂製フィルム020の撓みのばらつきは0.045であった。この撓みのばらつきは0.05以下に収まっており良好といえる。
 (比較例1)
 比較例1では、樹脂製基板010の荷重たわみ温度Ts(℃)が80℃、樹脂製フィルム020の荷重たわみ温度Tf(℃)が80℃、である。この荷重たわみ温度Ts=Tfであり、Ts>Tfを満たさない構成である。また、接合温度T(℃)は80℃である。この温度は、T=Tf+2であり、Tf-5(℃)<T<Tf+5(℃)を満たす。さらに、プレス圧Pは1kgf/cmであり、10kgf/cm≦P≦60kgf/cmを満たさない構成である。そして、接合時間は30秒である。すなわち、比較例1は、荷重たわみ温度の関係及びプレス圧Pが本発明の構成要件を満たさない場合である。
 本比較例における結果について説明する。接着性は、フィルムの浮き等の接着不良が発生している状態であった。また、外観は、基板のエッジ部などが変形しているという状態であった。そして、樹脂製フィルム020の撓みは0.03であり、0≦t/d<0.1の範囲に収まっている。そして、樹脂製フィルム020の撓みのばらつきは0.02であった。本比較例の場合、樹脂製基板010の変形があり正確な分析を行うことが困難である。
 (比較例2)
 比較例2では、樹脂製基板010の荷重たわみ温度Ts(℃)が80℃、樹脂製フィルム020の荷重たわみ温度Tf(℃)が80℃、である。この荷重たわみ温度Ts=Tfであり、Ts>Tfを満たさない構成である。また、接合温度T(℃)は75℃である。この温度は、Tf-5(℃)<T<Tf+5(℃)を満たさない構成である。さらに、プレス圧Pは1kgf/cmであり、10kgf/cm≦P≦60kgf/cmを満たさない構成である。そして、接合時間は30秒である。すなわち、比較例2は、荷重たわみ温度の関係、接合温度T、及びプレス圧Pが本発明の構成要件を満たさない場合である。
 本比較例における結果について説明する。接着性は、フィルムの浮き等の接着不良が発生している状態であった。また、外観は、全く基板の変形がないという状態であった。そして、樹脂製フィルム020の撓みは0.023であり、0≦t/d<0.1の範囲に収まっている。そして、樹脂製フィルム020の撓みのばらつきは0.02であった。本比較例の場合、接着不良が生じており正確な分析を行うことが困難である。
 (比較例3)
 比較例3では、樹脂製基板010の荷重たわみ温度Ts(℃)が80℃、樹脂製フィルム020の荷重たわみ温度Tf(℃)が80℃、である。この荷重たわみ温度Ts=Tfであり、Ts>Tfを満たさない構成である。また、接合温度T(℃)は75℃である。この温度は、Tf-5(℃)<T<Tf+5(℃)を満たさない構成である。さらに、プレス圧Pは10kgf/cmであり、10kgf/cm≦P≦60kgf/cmを満たす。そして、接合時間は60秒である。すなわち、比較例3は、荷重たわみ温度の関係、及び接合温度Tが本発明の構成要件を満たさない場合である。
 本比較例における結果について説明する。接着性は、フィルムの浮きが全くない状態であった。また、外観は、基板の変形が発生している状態であった。そして、樹脂製フィルム020の撓みは0.024であり、0≦t/d<0.1の範囲に収まっている。そして、樹脂製フィルム020の撓みのばらつきは0.023であった。本比較例の場合、接着不良が生じており正確な分析を行うことが困難である。
 (比較例4)
 比較例4では、樹脂製基板010の荷重たわみ温度Ts(℃)が100℃、樹脂製フィルム020の荷重たわみ温度Tf(℃)が80℃、である。この荷重たわみ温度は、Ts>Tfを満たす。また、接合温度T(℃)は104℃である。この温度は、Tf-5(℃)<T<Tf+5(℃)を満たさない構成である。さらに、プレス圧Pは1kgf/cmであり、10kgf/cm≦P≦60kgf/cmを満たさない構成である。そして、接合時間は30秒である。すなわち、比較例4は、接合温度T、及びプレス圧Pが本発明の構成要件を満たさない場合である。
 本比較例における結果について説明する。フィルムの浮きが全くない状態であった。また、外観は、基板の変形が発生している状態であった。そして、樹脂製フィルム020の撓みは0.9であり、0≦t/d<0.1の範囲に収まっていない。そして、樹脂製フィルム020の撓みのばらつきは0.8であり、撓みのばらつきが0.05を超えており不良である。本比較例の場合、樹脂製基板010の変形し、樹脂製フィルム020が大きく撓み、また撓みのばらつきも大きいため、正確な分析を行うことが困難である。
 (比較例5)
 比較例5では、樹脂製基板010の荷重たわみ温度Ts(℃)が100℃、樹脂製フィルム020の荷重たわみ温度Tf(℃)が80℃、である。この荷重たわみ温度は、Ts>Tfを満たす。また、接合温度T(℃)は90℃である。この温度は、Tf-5(℃)<T<Tf+5(℃)を満たさない構成である。さらに、プレス圧Pは1kgf/cmであり、10kgf/cm≦P≦60kgf/cmを満たさない構成である。そして、接合時間は30秒である。すなわち、比較例5は、接合温度T、及びプレス圧Pが本発明の構成要件を満たさない場合である。
 本比較例における結果について説明する。フィルムの浮きが全くない状態であった。また、外観は、基板の変形はほとんど無い状態であった。そして、樹脂製フィルム020の撓みは0.5であり、0≦t/d<0.1の範囲に収まっていない。そして、樹脂製フィルム020の撓みのばらつきは0.45である。本比較例の場合、樹脂製フィルム020が大きく撓んでいるため、正確な分析を行うことが困難である。
 (比較例6)
 比較例6では、樹脂製基板010の荷重たわみ温度Ts(℃)が100℃、樹脂製フィルム020の荷重たわみ温度Tf(℃)が80℃、である。この荷重たわみ温度は、Ts>Tfを満たす。また、接合温度T(℃)は82℃である。この温度は、Tf-5(℃)<T<Tf+5(℃)を満たす。さらに、プレス圧Pは1kgf/cmであり、10kgf/cm≦P≦60kgf/cmを満たさない構成である。そして、接合時間は30秒である。すなわち、比較例6は、プレス圧Pのみが本発明の構成要件を満たさない場合である。
 本比較例における結果について説明する。フィルムの浮きなどの接着不良が発生している状態であった。また、外観は、基板の変形は全くない状態であった。そして、樹脂製フィルム020の撓みは0.03であり、0≦t/d<0.1の範囲に収まっている。そして、樹脂製フィルム020の撓みのばらつきは0.013であった。
 (比較例7)
 比較例7では、樹脂製基板010の荷重たわみ温度Ts(℃)が100℃、樹脂製フィルム020の荷重たわみ温度Tf(℃)が80℃、である。この荷重たわみ温度は、Ts>Tfを満たす。また、接合温度T(℃)は82℃である。この温度は、Tf-5(℃)<T<Tf+5(℃)を満たす。さらに、プレス圧Pは5kgf/cmであり、10kgf/cm≦P≦60kgf/cmを満たさない構成である。そして、接合時間は60秒である。すなわち、比較例7は、プレス圧Pのみが本発明の構成要件を満たさない場合である。
 本比較例における結果について説明する。フィルムの浮きなどの接着不良が発生している状態であった。また、外観は、基板の変形は全くない状態であった。そして、樹脂製フィルム020の撓みは0.035であり、0≦t/d<0.1の範囲に収まっている。そして、樹脂製フィルム020の撓みのばらつきは0.01であった。
 比較例6及び比較例7に係る微細流路チップでは、接着性以外の結果は製品としての品質を満たしているが、フィルムの浮きが発生してしまっており接着性において製品としての品質を満たしておらず正確な分析を行うことが困難である。これにより、撓みを抑えるために低い温度で接合するには一定の圧力が必要なことがわかる。すなわち、本発明におけるプレス圧Pの条件が必要な条件であることがわかる。
 (比較例8)
 比較例8では、樹脂製基板010の荷重たわみ温度Ts(℃)が100℃、樹脂製フィルム020の荷重たわみ温度Tf(℃)が80℃、である。この荷重たわみ温度は、Ts>Tfを満たす。また、接合温度T(℃)は75℃である。この温度は、Tf-5(℃)<T<Tf+5(℃)という条件の下限を下回っており、該条件を満たさない構成である。さらに、プレス圧Pは20kgf/cmであり、10kgf/cm≦P≦60kgf/cmを満たす。そして、接合時間は30秒である。すなわち、比較例8は、接合温度Tが本発明の接合温度Tの条件の下限を下回っており、本発明の構成要件を満たさない場合である。
 本比較例における結果について説明する。フィルムの浮きなどの接着不良が発生している状態であった。また、外観は、基板の変形は全くない状態であった。そして、樹脂製フィルム020の撓みは0.025であり、0≦t/d<0.1の範囲に収まっている。そして、樹脂製フィルム020の撓みのばらつきは0.02であった。
 本比較例に係る微細流路チップでは、接着性以外の結果は製品としての品質を満たしているが、フィルムの浮きが発生してしまっており接着性において製品としての品質を満たしておらず正確な分析を行うことが困難である。これにより、撓みを抑えるために温度を下げる必要があるが、適切な接合を行うためには一定以上の温度が必要なことがわかる。すなわち、本発明における接合温度Tの下限の条件が必要な条件であることがわかる。
 (比較例9)
 比較例9では、樹脂製基板010の荷重たわみ温度Ts(℃)が100℃、樹脂製フィルム020の荷重たわみ温度Tf(℃)が80℃、である。この荷重たわみ温度は、Ts>Tfを満たす。また、接合温度T(℃)は90℃である。この温度は、Tf-5(℃)<T<Tf+5(℃)という条件の上限を上回っており、該条件を満たさない構成である。さらに、プレス圧Pは20kgf/cmであり、10kgf/cm≦P≦60kgf/cmを満たす。そして、接合時間は30秒である。すなわち、比較例9は、接合温度Tが本発明の接合温度Tの条件の上限を上回っており、本発明の構成要件を満たさない場合である。
 本比較例における結果について説明する。フィルムの浮きが全く発生していない状態であった。また、外観は、基板の変形はほとんどない状態であった。そして、樹脂製フィルム020の撓みは0.6であり、0≦t/d<0.1の範囲に収まっていない。そして、樹脂製フィルム020の撓みのばらつきは0.56であり、撓みのばらつきが0.05を超えており不良である。
 本比較例に係る微細流路チップでは、撓み及び撓みのばらつき以外の結果は接着性や外観といった品質を満たしているが、撓み及び撓みのばらつきが大きいため、再現性が非常に低下してしまっている。これにより、適切な接合を行うため温度を上げる必要があるが、撓みや撓みのばらつきを抑えるためには一定以下の温度であることが必要であるとわかる。すなわち、本発明における接合温度Tの上限の条件が必要な条件であることがわかる。
 (比較例10)
 比較例10では、樹脂製基板010の荷重たわみ温度Ts(℃)が100℃、樹脂製フィルム020の荷重たわみ温度Tf(℃)が80℃、である。この荷重たわみ温度は、Ts>Tfを満たす。また、接合温度Tは82℃である。この温度は、Tf-5(℃)<T<Tf+5(℃)を満たす。さらに、プレス圧Pは80kgf/cmであり、10kgf/cm≦P≦60kgf/cmを満たさない構成である。そして、接合時間は30秒である。すなわち、比較例10は、プレス圧Pのみが本発明の構成要件を満たさない場合である。
 本比較例における結果について説明する。フィルムの浮きがまったく発生していない状態であった。また、外観は、樹脂製基板010にクラックが発生するなどの基盤の変形が発生している状態であった。そして、樹脂製フィルム020の撓みは0.07であり、0≦t/d<0.1の範囲に収まっている。そして、樹脂製フィルム020の撓みのばらつきは0.05であった。
 本比較例に係る微細流路チップでは、外観以外の結果は製品としての品質を満たしているが、基板の変形が発生してしまっており外観において製品としての品質を満たしておらず正確な分析を行うことが困難である。これにより、適切な接合を行うためある程度のプレス圧Pが必要であるが、外観を良好に保つためにはプレス圧Pの調整が必要なことがわかる。すなわち、本発明におけるプレス圧Pの条件が必要な条件であることがわかる。
 (比較例11)
 比較例11では、樹脂製基板010の荷重たわみ温度Ts(℃)が80℃、樹脂製フィルム020の荷重たわみ温度Tf(℃)が80℃、である。この荷重たわみ温度は、Ts>Tfを満たさない構成である。また、接合温度Tは80℃である。この温度は、Tf-5(℃)<T<Tf+5(℃)を満たす。さらに、プレス圧Pは10kgf/cmであり、10kgf/cm≦P≦60kgf/cmを満たす。そして、接合時間は30秒である。すなわち、比較例11は、荷重たわみ温度の関係のみが本発明の構成要件を満たさない場合である。
 本比較例における結果について説明する。フィルムの浮きがまったく発生していない状態であった。また、外観は、樹脂製基板010にクラックが発生するなどの基盤の変形が発生している状態であった。そして、樹脂製フィルム020の撓みは0.028であり、0≦t/d<0.1の範囲に収まっている。そして、樹脂製フィルム020の撓みのばらつきは0.03であった。
 本比較例に係る微細流路チップでは、外観以外の結果は製品としての品質を満たしているが、基板の変形が発生してしまっており外観において製品としての品質を満たしておらず正確な分析を行うことが困難である。これにより、適切な接合を行うため樹脂製基板010と樹脂製フィルム020の荷重たわみ温度の関係はTs>Tfを満たすことが必要なことがわかる。すなわち、本発明における荷重たわみ温度の関係の条件が必要な条件であることがわかる。
 以上のように、本実施形態に係る微細流路チップの製造方法によって微細流路チップを製造した、実施例1、実施例2、及び実施例3では、接着性、外観、フィルムの撓み、及びフィルムの撓みのばらつきといったすべての項目で製品としての品質を満たしている。これに対し、荷重たわみ温度の関係、接合温度T、又はプレス圧Pのいずれか一つもしくはそれらの組み合わせを本発明の条件と異ならせた比較例では、いくつかの項目で満足のいく状態であっても、少なくとも1つの項目で製品としての品質を満たさないため、使用することはできない。したがって、比較例と各実施例との微細流路チップ全体の性能を比較した場合、各比較例は各実施例に比べて性能が劣るといえる。
〔第2の実施形態〕
 次に、この発明の第2の実施形態に係る微細流路チップの製造方法について説明する。本実施形態に係る微細流路チップの製造方法は、段階的にプレス圧を変更することが第1の実施形態と異なるものである。そこで、以下では、プレス圧について主に説明する。
 本実施形態における樹脂製基板010の構成、樹脂製フィルム020の構成、荷重たわみ温度の関係、及び接合温度は第1の実施形態と同様である。
 本実施形態では、樹脂製基板010及び樹脂製フィルム020の接合時に、2段階に分けて異なる圧力のプレス圧Pを加える。1段階目のプレス(本発明における「第1プレス段階」にあたる。)では、樹脂製基板010に対して樹脂製フィルム020を、プレス圧Pを30kgf/cm<P≦60kgf/cmとして、2段階目のプレス(本発明における「第2プレス段階」にあたる。)と比べて短い時間プレスを行う。そして、2段階目のプレスでは、樹脂製基板010に対して樹脂製フィルム020を、プレス圧Pを10kgf/cm≦P≦30kgf/cmとして、1段階目のプレスと比べて長い時間プレスする。
 このように、1段階眼のプレスにおけるプレス圧Pを2段階目のプレス圧Pと比べて強い圧力で樹脂製基板010に対して樹脂製フィルム020をプレスすることで、撓みが発生する前に樹脂製基板010及び樹脂製フィルム020を完全に密着させる。そして、2段階目のプレスにおいて、熱を加えながらプレス圧Pを1段階目のプレス圧Pと比べて小さいプレス圧で樹脂製基板010に対して樹脂製フィルム020をプレスすることで、撓みを抑えながら樹脂製基板010と樹脂製フィルム020との接合を強化する。
 次に、第2の実施形態に係る具体的な実施例について、図3を参照して説明する。図3における実施例4及び実施例5の実施条件及び結果が第2の実施形態に係る実施例である。
 (実施例4)
 実施例4では、樹脂製基板010の荷重たわみ温度Ts(℃)が100℃、樹脂製フィルム020の荷重たわみ温度Tf(℃)が80℃、である。この荷重たわみ温度はTs>Tfを満たす。また、接合温度Tは82℃である。この温度は、T=Tf+2であり、Tf-5(℃)<T<Tf+5(℃)を満たす。さらに、1段階目のプレス圧Pは40kgf/cmであり、30kgf/cm<P≦60kgf/cmを満たす。そして、接合時間は2秒である。また、2段階目のプレス圧Pは10kgf/cmであり、10kgf/cm≦P≦30kgf/cmを満たす。そして、接合時間は28秒である。すなわち、1段階目のプレス時間のほうが2段階目のプレス時間よりも短い。
 本実施例における結果について説明する。接着性は、樹脂製フィルム020の浮きが全く発生していない状態であった。また、外観は、全く変形なしという状態であった。そして、樹脂製フィルム020の撓みは0.049であり、0≦t/d<0.1の範囲に収まっており良好である。そして、樹脂製フィルム020の撓みのばらつきは0.012であった。この撓みのばらつきは0.05以下であり良好である。
 (実施例5)
 実施例5では、樹脂製基板010の荷重たわみ温度Ts(℃)が100℃、樹脂製フィルム020の荷重たわみ温度Tf(℃)が80℃、である。この荷重たわみ温度はTs>Tfを満たす。また、接合温度T(℃)は82℃である。この温度は、T=Tf+2であり、Tf-5(℃)<T<Tf+5(℃)を満たす。さらに、1段階目のプレス圧Pは60kgf/cmであり、30kgf/cm<P≦60kgf/cmを満たす。そして、接合時間は2秒である。また、2段階目のプレス圧Pは10kgf/cmであり、10kgf/cm≦P≦30kgf/cmを満たす。そして、接合時間は28秒である。すなわち、1段階目のプレス時間のほうが2段階目のプレス時間よりも短い。
 本実施例における結果について説明する。接着性は、樹脂製フィルム020の浮きが全く発生していない状態であった。また、外観は、全く変形なしという状態であった。そして、樹脂製フィルム020の撓みは0.05であり、0≦t/d<0.1の範囲に収まっており良好である。そして、樹脂製フィルム020の撓みのばらつきは0.014であった。この撓みのばらつきは0.05以下であり良好である。
 このように、本実施形態に係る実施例である実施例4及び実施例5においては、接着性、外観、フィルムの撓み、及びフィルムの撓みのばらつき、いずれも良好な状態である。さらに、実施例4及び実施例5と実施例1乃至実施例2とを比較した場合、実施例4及び実施例5は接着性がより向上している。また、実施例4及び実施例5と実施例3を比較した場合、実施例4及び実施例5はフィルムの撓み及びフィルムの撓みのばらつきがより向上している。
 すなわち、1段階のみのプレスで接合を行う場合にプレス圧Pを小さくすればフィルムの撓みやフィルムの撓みのばらつきが抑えられるが、弱い力で抑えるために接着性が若干劣ることになる。また、1段階のみのプレスで接合を行う場合にプレス圧を大きくすれば接合性は向上するが、強い力で押さえ続けるためフィルムの撓み及びフィルムの撓みのばらつきが若干大きくなる。これに対し、本実施形態のようにプレス圧を変更して2段階でプレスを行う場合には、1段階目の強い力の短い時間でのプレスにより大きな撓みを発生させることなく接合性を向上させることができ、2段階目の弱い力のプレスにより撓みなく接合が行われることになり、より再現性の高い微細流路チップを製造することが可能となる。
 また、本実施形態では2段階のプレスを行ったが、これは多段階であればさらに多い回数のプレスを行う構成でもよい。ただし、あまり段階が多い構成は制御が複雑になると共に、強い圧力による接着性の向上と弱い圧力による撓み防止の効果を軽減させてしまう恐れがある。そこで、プレスを行う段階としては3段階以内で行うことが好ましい。
 〔第3の実施形態〕
 次に、この発明の第3の実施形態に係る微細流路チップの製造方法について説明する。本実施形態に係る微細流路チップの製造方法は、第1実施形態又は第2実施形態の後に熱アニール(「アニール処理」ともいう。)を行う段階を有する構成である。ここで、アニール処理とは、一定温度で一定時間熱処理又は湿熱処理を行うことを指す。以下では、1例として第1実施形態の接合(1段階のみのプレス)の後に熱アニールを行う場合について説明する。
 本実施形態における樹脂製基板010の構成、樹脂製フィルム020の構成、荷重たわみ温度の関係、及び接合温度は第1の実施形態と同様である。
 本実施形態では、樹脂製基板010と樹脂製フィルム020を加熱するとともにプレスすることで接合した後に、接合した樹脂製基板010及び樹脂製フィルム020に対し熱アニールを行う。
 ここで、熱アニールについて説明する。微細流路011又は貫通孔012における樹脂製フィルム020の撓みが発生しているということは、微細流路011または貫通孔012を覆う樹脂製フィルム020が膨張している、もしくは加温により樹脂製フィルム020の厚みが減少し、結果として面積が増加した分が微細流路011や貫通孔012に押し込まれた結果ということが考えられる。すなわち、樹脂製フィルム020の撓みを減少し、又は樹脂製フィルム020の撓みをなくすためには、微細流路011及び貫通孔012を覆う樹脂製フィルム020を収縮させればよい。ガラス転移温度前後まで加熱してやれば樹脂製フィルム020が収縮し、樹脂製フィルム020の撓みが減少又はなくなることが実験によって確かめられた。加熱温度、加熱時間などの熱アニール条件は樹脂製フィルム020の物性、厚み、微細流路011の幅、貫通孔012の径により異なるため、微細流路チップ毎に決める必要がある。
 加熱方法としては、恒温槽を使用して微細流路チップを加熱雰囲気に投入する方法、熱送風機を使用して微細流路チップを部分的に加熱する方法、UV照射装置を使用して樹脂製フィルム020にUV光を吸収させて加熱する方法、などが挙げられるがこれらに限定されるものではない。また、加熱時間が長いほうが撓みの修正には有効であったが、樹脂の劣化、微細流路011もしくは貫通孔012の変形、樹脂製基板010自体の変形が発生するおそれがあるため、これらの劣化、変化が発生しないように条件を調整する必要がある。
 本実施形態では熱アニールとして、恒温浴槽に収容し90℃で1時間行う。
 以上で説明したように、樹脂製基板010と樹脂製フィルム020を接合した後に熱アニールを行うことで、樹脂製フィルム020の撓みをより減少又はなくすことが可能となる。
 次に、第3の実施形態に係る具体的な実施例について、図4を参照して説明する。図4は本実施形態における実施例及び比較例の条件及び結果を示す表の図である。図4における実施例6、実施例7、及び実施例8の実施条件及び結果が第3の実施形態に係る実施例である。図4における熱アニール前の状態とは、図3におけるどの状態の微細流路チップに対し熱アニールを行ったかを表している。また、図3における熱アニール前の樹脂製フィルム020の撓み及び撓みのばらつきとは、前述の熱アニール前の状態における樹脂製フィルム020の撓み及び撓みのばらつきと同じものである。
 (実施例6)
 実施例6は、図3における実施例1で製造された微細流路チップに対し熱アニールを行ったものである。そのため、樹脂製基板010の荷重たわみ温度、樹脂製フィルム020の荷重たわみ温度、接合温度T、プレス圧P、接合時間は、実施例1と同様である。
 本実施例における結果について説明する。本実施例における熱アニール後の樹脂製フィルム020の撓みは0.023となっている。これは、熱アニール前の樹脂製フィルム020の撓みの0.045と比較してかなり樹脂製フィルム020の撓みが減少されたことを示している。また、本実施例における熱アニール後の樹脂製フィルム020の撓みのばらつきは0.02となっている。これは、熱アニール前の樹脂製フィルム020の撓みのばらつきの0.035と比較してかなり樹脂製フィルム020の撓みのばらつきが減少されたことを示している。
 (実施例7)
 実施例7は、図3における実施例2で製造された微細流路チップに対し熱アニールを行ったものである。そのため、樹脂製基板010の荷重たわみ温度、樹脂製フィルム020の荷重たわみ温度、接合温度T、プレス圧P、接合時間は、実施例2と同様である。
 本実施例における結果について説明する。本実施例における熱アニール後の樹脂製フィルム020の撓みは0.028となっている。これは、熱アニール前の樹脂製フィルム020の撓みの0.05と比較してかなり撓みが減少されたことを示している。また、本実施例における熱アニール後の樹脂製フィルム020の撓みのばらつきは0.03となっている。これは、熱アニール前の樹脂製フィルム020の撓みのばらつきの0.042と比較してかなり撓みのばらつきが減少されたことを示している。
 (実施例8)
 実施例8は、図3における実施例3で製造された微細流路チップに対し熱アニールを行ったものである。そのため、樹脂製基板010の荷重たわみ温度、樹脂製フィルム020の荷重たわみ温度、接合温度T、プレス圧P、接合時間は、実施例3と同様である。
 本実施例における結果について説明する。本実施例における熱アニール後の樹脂製フィルム020の撓みは0.035となっている。これは、熱アニール前の樹脂製フィルム020の撓みの0.07と比較してかなり撓みが減少されたことを示している。また、本実施例における熱アニール後の樹脂製フィルム020の撓みのばらつきは0.035となっている。これは、熱アニール前の樹脂製フィルム020の撓みのばらつきの0.045と比較してかなり撓みのばらつきが減少されたことを示している。
 (比較例12)
 比較例12は、図3における比較例5で製造された微細流路チップに対し熱アニールを行ったものである。そのため、樹脂製基板010の荷重たわみ温度、樹脂製フィルム020の荷重たわみ温度、接合温度T、プレス圧P、接合時間は、比較例5と同様である。ここで、比較例5に対し熱アニールを行った理由は、樹脂製フィルム020の撓みや撓みのばらつきに問題がありその他の結果には問題がない微細流路チップに対し熱アニールを行って樹脂製フィルム020の撓みや撓みのばらつきを軽減することで、本実施形態に対応する実施例と変わらない評価になるか否かを判断するためである。
 本比較例における結果について説明する。本比較例における熱アニール後の樹脂製フィルム020の撓みは0.2となっている。これは、熱アニール前の樹脂製フィルム020の撓みの0.5と比較してかなり撓みが減少されたことを示している。しかし、この値は0≦t/d<0.1の範囲に収まっておらず、他の実施例と比較してもかなり撓みが発生しており、微細流路チップとしての再現性は低いものである。また、本実施例における熱アニール後の樹脂製フィルム020の撓みのばらつきは0.3となっている。これは、熱アニール前の樹脂製フィルム020の撓みのばらつきの0.45と比較してかなり撓みのばらつきが減少されたことを示している。しかし、この値も、他の実施例と比較してかなり撓みのばらつきが発生しており微細流路チップとしての再現性が低下している。
 以上で説明したように、本実施形態に係る微細流路チップの製造方法によると、熱アニールを行う前の微細流路チップと比較して熱アニールを行うことで樹脂製フィルムの撓み及び撓みのばらつきを低減することができる。これにより、より再現性の高い微細流路チップを製造することが可能となる。
 010 樹脂製基板
 011 微細流路
 012 貫通孔
 020 樹脂製フィルム

Claims (6)

  1.  流路用溝が形成された樹脂製基板の、前記流路用溝が形成された面に樹脂製フィルムを接合する微細流路チップ製造方法であって、
     前記樹脂製基板の荷重たわみ温度Ts(℃)と前記樹脂製フィルムの荷重たわみ温度Tf(℃)とはTs>Tfを満たし、
     接合温度をT(℃)とした場合に、前記樹脂製基板と前記樹脂製フィルムとを、Tf-5(℃)<T<Tf+5(℃)の接合温度で、且つ、10kgf/cm~60kgf/cmの範囲のプレス圧で圧着するプレス段階、
     を有することを特徴とする微細流路チップ製造方法。
  2.  前記プレス段階が、
     前記樹脂製基板と前記樹脂製フィルムとを、10kgf/cmを超え60kgf/cm以下の範囲の特定のプレス圧で圧着する第1プレス段階と、
     前記第1プレス段階の後に、前記樹脂製基板と前記樹脂製フィルムとを、前記第1プレス段階の前記特定のプレス圧よりも小さいプレス圧で圧着する第2プレス段階と、
     を有することを特徴とする請求項1に記載の微細流路チップ製造方法。
  3.  前記プレス段階が、
     前記樹脂製基板と前記樹脂製フィルムとを、30kgf/cmを超え60kgf/cm以下の範囲の特定のプレス圧で圧着する第1プレス段階と、
     前記第1プレス段階の後に、前記樹脂製基板と前記樹脂製フィルムとを、10kgf/cm~30kgf/cmの範囲の特定のプレス圧で圧着する第2プレス段階と、
     を有することを特徴とする請求項1に記載の微細流路チップ製造方法。
  4.  前記第1プレス段階において圧力をかける時間は前記第2プレス段階において圧力をかける時間よりも短いことを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の微細流路チップ製造方法。
  5.  前記プレス段階後に、前記樹脂製基板と前記樹脂製フィルムとを熱アニールする段階をさらに有することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一つに記載の微細流路チップ製造方法。
  6.  請求項1乃至請求項5のいずれか一つに記載の微細流路チップ製造方法により製造されたことを特徴とする微細流路チップ。
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