WO2011122215A1 - マイクロチップの製造方法及びマイクロチップ - Google Patents

マイクロチップの製造方法及びマイクロチップ Download PDF

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    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/756—Microarticles, nanoarticles

Definitions

  • the present invention relates to a microchip manufacturing method and a microchip.
  • ⁇ TAS MicroTotalTAnalysis Systems
  • the microchip is formed by forming fine flow paths and spaces in a substrate made of silicon, glass, resin, or the like using a fine processing technique and bonding it to another substrate.
  • a substrate made of silicon, glass, resin, or the like
  • fine processing technique e.g., silicon dioxide, silicon dioxide, silicon dioxide, silicon dioxide, silicon dioxide, silicon dioxide, silicon dioxide, silicon dioxide, silicon dioxide, silicon dioxide, silicon dioxide, silicon dioxide, silicon dioxide, silicon dioxide, silicon dioxide, glass, resin, or the like.
  • development of inexpensive and disposable resin microchips has been particularly desired.
  • ⁇ Microchips are required to have channels and spaces with different depths depending on the reaction, separation, and analysis methods.
  • FIG. 4 in the microchip 101 formed by bonding the substrate 102 and the lid plate 111, non-penetrating grooves 121 and 122 having different depths may coexist on one substrate 102 (for example, Patent Document 1).
  • a core plate 104 having a template 105 having a cavity 151 and ridges 141 and 142 having shapes corresponding to the non-penetrating grooves 121 and 122.
  • the molten resin is injected into a mold 103 using the above and molded.
  • the core 104 is formed by electroforming.
  • the Ni—P plating 109 is formed on the base material 108.
  • grooves 191 and 192 having the same shape as the flow path formed in the substrate are formed on the surface of the Ni—P plating 109.
  • the core 104 is formed on the surface of the Ni—P plating 109 by electrolytic plating. Thereafter, by peeling from the Ni—P plating 109, the core 104 having the protrusion 141 having a shape corresponding to the groove 191 is formed.
  • the thickness of the Ni—P plating 109 is about 150 ⁇ m at the maximum, and in order to form a groove 192 having a depth larger than that, the base material 108 is processed as shown in FIG. 181 needs to be formed. For this reason, there is a problem that the processing time is increased and the processing time is increased.
  • An object of the present invention is to provide a microchip manufacturing method and a microchip that can reduce the occurrence of sink marks with less labor of processing.
  • the first invention provides a mold plate in which a cavity is provided on one surface and an insertion groove is provided in the bottom of the cavity, and a surface in which the cavity of the template plate is provided.
  • a molten resin is injected and filled into the cavity of the mold, the core being in contact with the surface facing the core, and the core pin having a shape corresponding to the insertion groove inserted into the insertion groove and in contact with the core.
  • a microchip manufacturing comprising: a first step of forming a substrate on which a through groove having a shape corresponding to the core pin is formed by taking out; and a second step of bonding a bottom plate and a cover plate to both surfaces of the substrate. Is the method.
  • a protrusion that is lower than the depth of the cavity is provided on a contact surface of the core with the template, and a shape corresponding to the protrusion is formed on the contact surface of the substrate with the core.
  • a non-through groove may be formed.
  • the core is formed with Ni-P plating on the base material, and then a non-penetrating groove having a shape corresponding to the protrusion is formed on the surface of the Ni-P plating, and then the Ni-P plating After forming the electroplating on the surface, the Ni—P plating may be peeled off.
  • a microchip comprising: a substrate having a through groove penetrating vertically; and a bottom plate bonded to the lower surface of the substrate.
  • a lid plate joined to the upper surface of the substrate may be further provided.
  • the substrate may have a non-penetrating groove on at least one surface.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram of a method for manufacturing the core 4.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a mold 103 used for manufacturing a substrate 102.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram of a manufacturing method of the core 104.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a microchip 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the size of the microchip 1 may be any shape as long as it is easy to handle and analyze.
  • the size is preferably about 10 mm square to 200 mm square, and more preferably 10 mm square to 100 mm square.
  • the shape of the microchip 1 may be adjusted to an analysis method and an analysis apparatus, and may be an arbitrary shape such as a square, a rectangle, or a circle.
  • the microchip 1 is formed by bonding a substrate 2, a lid plate 11, and a bottom plate 12.
  • Resin is used for the substrate 2, the cover plate 11, and the bottom plate 12.
  • 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.
  • polymethyl methacrylate, cyclic polyolefin and the like are preferable.
  • the same material may be used for the substrate 2, the cover plate 11, and the bottom plate 12, or different materials may be used.
  • the lid plate 11 is bonded to the upper surface of the substrate 2.
  • the bottom plate 12 is bonded to the lower surface of the substrate 2.
  • the joining method of the cover plate 11 and the substrate 2 and the bottom plate 12 and the substrate 2 is arbitrary, such as a method using an adhesive or a method using a thermal welding technique.
  • the substrate 2 is provided with non-penetrating grooves 21 and penetrating grooves 22.
  • the non-through groove 21 is formed on the upper surface of the substrate 2.
  • the flow path 13 is formed by the upper part of the non-penetrating groove 21 being closed by the cover plate 11.
  • the through groove 22 penetrates the substrate 2 up and down.
  • the flow path 14 is formed by closing the through groove 22 with the bottom plate 12 and the cover plate 11.
  • the flow paths 13 and 14 are very fine grooves (micro flow paths), and are suitably used for performing reaction, mixing, separation, analysis, etc. of liquid samples such as nucleic acids, proteins, blood and drugs.
  • the widths of the non-penetrating groove 21 and the penetrating groove 22 are about 10 ⁇ m to 200 ⁇ m in consideration of reducing the amount of analysis sample and reagent used, forming mold forming accuracy, transferability, releasability, and the like. It is preferable.
  • the depth of the non-penetrating groove 21 is preferably about 30 ⁇ m to 150 ⁇ m, and is preferably shallower than the thickness of the substrate 2.
  • the depth of the flow path 14 formed by the through groove 22 is determined by the thickness of the substrate 2.
  • the thickness of the substrate 2 is preferably larger than 30 ⁇ m and not more than 200 ⁇ m, but may be appropriately adjusted according to the use of the microchip 1, the analysis technique, and the analysis apparatus.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the mold 3 used for manufacturing the substrate 2.
  • the mold 3 is roughly composed of a core 4, a mold plate 5, a core pin 6, a holding plate 7, and the like.
  • the core 4 is provided with a protrusion 41 corresponding to the non-penetrating groove 21 on the surface facing the template 5.
  • the template 5 is provided with a cavity 51 in which the substrate 2 is formed on the surface facing the core 4.
  • An insertion groove 52 having a shape corresponding to the through groove 22 is provided at a position corresponding to the through groove 22 at the bottom of the cavity 51.
  • the core pin 6 has a shape corresponding to the through groove 22 and the insertion groove 52, and is in contact with the core 4 through the template 5 from the insertion groove 52.
  • the holding plate 7 is fixed to the surface of the template 5 opposite to the core 4 and holds the core pin 6 in a state of being in contact with the core 4 through the insertion plate 52 through the template 5.
  • the molten resin used as the material of the substrate 2 is injected and filled into the cavity 51 of the mold 3 in the state shown in FIG. 2, and the substrate 2 is molded by cooling.
  • the trace of the protrusion 41 becomes the non-penetrating groove 21, and the trace of the core pin 6 becomes the through groove 22.
  • the holding plate 7 is removed from the template 5, the core pin 6 is pulled out from the insertion groove 52, the core 4 is separated from the template 5, and the substrate 2 is taken out from the cavity 51. Thereafter, the bottom plate 12 is bonded to the lower surface of the substrate 2 and the lid plate 11 is bonded to the upper surface, whereby the microchip 1 is completed. Note that the lid plate 11 may be held without being joined to the upper surface of the substrate 2 (in order to facilitate an operation such as applying a reaction solution in the flow paths 13 and 14).
  • the plating layer 9 is formed on the base material 8.
  • the plating layer 9 can be formed using, for example, a Ni—P alloy.
  • a non-penetrating groove 91 having the same shape as the non-penetrating groove 21 is formed on the surface of the plating layer 9.
  • the depth of the non-penetrating groove 91 is shallower than the thickness of the plating layer 9.
  • the non-penetrating groove 91 can be formed by etching, for example.
  • the core 4 is formed on the surface of the plating layer 9 by electrolytic plating. Then, the core 4 which has the protrusion 41 of the shape corresponding to the non-through-groove 91 is formed by peeling from the plating layer 9.
  • both the flow path formed by the non-through groove 21 and the flow path formed by the through groove 22 are provided.
  • the present invention is not limited to this, and the Ni—P plating is provided. You may apply this invention to the microchip which has only a flow path deeper than this thickness.
  • a protrusion may be formed on the bottom of the cavity 51, and a non-penetrating groove having a shape corresponding to the protrusion may be formed on the surface of the substrate 2 on the cavity 51 side.

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Abstract

　加工の手間を減らすことができるマイクロチップの製造方法及びマイクロチップを提供することを目的とし、一方の面にキャビティ５１が設けられるとともに、キャビティ５１の底部に挿入溝５２が設けられた型板５と、型板５のキャビティ５１が設けられた面と対向する面に当接するコア４と、挿入溝５２に挿入されコア４と当接する、挿入溝５２と対応する形状のコアピン６と、からなる金型３のキャビティ５１内に溶融樹脂を射出充填し、成形後、取り出すことでコアピン６と対応する形状の貫通溝２２が形成された基板２を形成する第１工程と、基板２の両面に底板１２及び蓋板１１を接合する第２工程と、を備えるマイクロチップ１の製造方法である。

Description

マイクロチップの製造方法及びマイクロチップ
　本発明は、マイクロチップの製造方法及びマイクロチップに関する。
　微細な流路、空間内で核酸、タンパク質、血液などの液体試料の反応、分離、分析などを行うマイクロチップ、あるいはμＴＡＳ（ＭｉｃｒｏＴｏｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ）と称する装置が実用化されている。
　マイクロチップは、微細加工技術を利用してシリコン、ガラス、樹脂等の基板に微細な流路、空間を形成し、他の基板と接合して形成される。近年では、廉価で使い捨て可能な樹脂製マイクロチップの開発が特に望まれている。
　マイクロチップには、反応、分離、分析の方法によって深さの異なる流路、空間が求められる。例えば図４に示すように、基板１０２と蓋板１１１とを接合してなるマイクロチップ１０１において、１枚の基板１０２に深さの異なる非貫通溝１２１、１２２が並存する場合がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７－２４８２１８号公報
　流路を有する樹脂性の基板を形成するには、図５に示すように、キャビティ１５１を有する型板１０５と、非貫通溝１２１、１２２と対応する形状の突条１４１、１４２を有するコア１０４とを用いた金型１０３に溶融樹脂を射出して成形する。このコア１０４は、電鋳により成形する。
　まず、図６に示すように、母材１０８にＮｉ－Ｐめっき１０９を形成する。次に、Ｎｉ－Ｐめっき１０９の表面に基板に形成する流路と同じ形状の溝１９１、１９２を形成する。次に、電解めっきにより、Ｎｉ－Ｐめっき１０９の表面にコア１０４を形成する。その後、Ｎｉ－Ｐめっき１０９から剥離することで、溝１９１と対応する形状の突条１４１を有するコア１０４が形成される。
　しかし、Ｎｉ－Ｐめっき１０９の厚さは最大で１５０μｍ厚程度であり、それ以上の深さの溝１９２を形成するためには、図６に示すように、母材１０８を加工して下穴１８１を形成する必要がある。このため、加工の手間が増え、加工時間が長くなるという問題がある。
　また、１枚の基板に深さの異なる溝を並存させると、偏肉構造となり、基板にひけが発生しやすくなる。
　本発明の課題は、加工の手間が少なくひけの発生を抑制することができるマイクロチップの製造方法及びマイクロチップを提供することである。
　以上の課題を解決するため、第１の発明は、一方の面にキャビティが設けられるとともに、前記キャビティの底部に挿入溝が設けられた型板と、前記型板の前記キャビティが設けられた面と対向する面に当接するコアと、前記挿入溝に挿入され前記コアと当接する、前記挿入溝と対応する形状のコアピンと、からなる金型の前記キャビティ内に溶融樹脂を射出充填し、成形後、取り出すことで前記コアピンと対応する形状の貫通溝が形成された基板を形成する第１工程と、前記基板の両面に底板及び蓋板を接合する第２工程と、を備えるマイクロチップの製造方法である。
　第１の発明に係る前記コアの前記型板との当接面に、前記キャビティの深さよりも低い突条を設け、前記基板の前記コアとの当接面に、前記突条と対応する形状の非貫通溝を形成してもよい。
　前記コアを、母材にＮｉ－Ｐめっきを形成し、次に、前記Ｎｉ－Ｐめっきの表面に、前記突条と対応する形状の非貫通溝を形成し、次に、前記Ｎｉ－Ｐめっきの表面に電解めっきを形成した後、前記Ｎｉ－Ｐめっきから剥離することで形成してもよい。
　第２の発明は、上下に貫通する貫通溝を有する基板と、前記基板の下面に接合される底板と、を備えることを特徴とするマイクロチップである。
　前記基板の上面に接合される蓋板をさらに備えてもよい。
　前記基板は少なくとも一方の面に非貫通溝を有していてもよい。
　本発明によれば、加工の手間が少なくひけの発生を抑制することができるマイクロチップの製造方法及びマイクロチップを提供することができる。
本発明の実施の形態に係るマイクロチップ１を示す断面図である。 基板２の製造に用いる金型３の断面図である。 コア４の製造方法についての説明図である。 従来のマイクロチップ１０１を示す断面図である。 基板１０２の製造に用いる金型１０３の断面図である。 コア１０４の製造方法についての説明図である。
　以下、本発明を実施するための形態について、図を参照して詳細に説明する。
　図１は本発明の実施の形態に係るマイクロチップ１を示す断面図である。マイクロチップ１の大きさは、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～２００ｍｍ角程度の大きさが好ましく、１０ｍｍ角～１００ｍｍ角がより好ましい。マイクロチップ１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、円形など任意の形状とすることができる。
　マイクロチップ１は、基板２と、蓋板１１と、底板１２とが接合されてなる。
　基板２、蓋板１１、底板１２には樹脂が用いられる。その樹脂としては、成形性（転写性、離型性）がよいこと、透明性が高いこと、紫外線や可視光に対する自己蛍光性が低いことなどが条件として挙げられるが、特に限定されるものではない。例えば、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン６、ナイロン６６、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリイソプレン、ポリエチレン、ポリジメチルシロキサン、環状ポリオレフィン等が好ましい。特に、ポリメタクリル酸メチル、環状ポリオレフィン等が好ましい。基板２、蓋板１１、底板１２に同じ材料を用いてもよく、異なる材料を用いてもよい。
　蓋板１１は、基板２の上面に接合されている。底板１２は、基板２の下面に接合されている。蓋板１１と基板２、底板１２と基板２の接合方法は、接着剤を用いる方法、熱溶着技術を用いる方法等、任意である。
　基板２には、非貫通溝２１と、貫通溝２２とが設けられている。
　非貫通溝２１は基板２の上面に形成されている。非貫通溝２１の上部が蓋板１１により塞がれることで流路１３が形成される。
　貫通溝２２は基板２を上下に貫通している。貫通溝２２が底板１２及び蓋板１１により塞がれることで流路１４が形成される。
　流路１３、１４は、非常に微細な溝（マイクロ流路）であり、核酸、タンパク質、血液や薬剤などの液体試料の反応、混合、分離、分析などを行うのに好適に用いられる。
　非貫通溝２１及び貫通溝２２の幅は、分析試料、試薬の使用量を少なくできること、成形金型の作成精度、転写性、離型性等を考慮して、幅は１０μｍ～２００μｍ程度であることが好ましい。
　非貫通溝２１の深さは、３０μｍ～１５０μｍ程度であることが好ましく、基板２の厚さよりも浅いことが好ましい。
　貫通溝２２により形成される流路１４の深さは基板２の厚さによって定まる。基板２の厚さは３０μｍよりも厚くかつ２００μｍ以下であることが好ましいが、マイクロチップ１の用途、分析手法、分析装置に応じて適宜調整すればよい。
　図２は、基板２の製造に用いる金型３の断面図である。金型３は、コア４と、型板５と、コアピン６と、保持板７と、等から概略構成される。
　コア４には、型板５との対向面に、非貫通溝２１と対応する突条４１が設けられている。
　型板５には、コア４との対向面に、基板２が形成されるキャビティ５１が設けられている。キャビティ５１の底部には、貫通溝２２と対応する位置に、貫通溝２２と対応する形状の挿入溝５２が設けられている。
　コアピン６は、貫通溝２２及び挿入溝５２と対応する形状をしており、挿入溝５２から型板５を貫通してコア４と当接している。
　保持板７は、型板５のコア４とは反対側の面に固定され、コアピン６を挿入溝５２から型板５を貫通してコア４と当接した状態で保持する。
　図２に示す状態の金型３のキャビティ５１内に基板２の材料となる溶融樹脂を射出充填し、冷却することで基板２が成形される。なお、突条４１の跡が非貫通溝２１に、コアピン６の跡が貫通溝２２となる。
　その後、保持板７を型板５から外し、コアピン６を挿入溝５２から引き出し、型板５からコア４を離してからキャビティ５１から基板２を取り出す。その後、基板２の下面に底板１２を、上面に蓋板１１を接合することで、マイクロチップ１が完成する。なお、（流路１３、１４内に反応液を塗布する等の操作を容易とするために、）基板２の上面に蓋板１１を接合しない状態で留めてもよい。
　ここで、コア４の製造方法について図３を用いて説明する。まず、母材８にめっき層９を形成する。めっき層９は、例えばＮｉ－Ｐ合金を用いて形成することができる。
　次に、めっき層９の表面に、非貫通溝２１と同一形状の非貫通溝９１を形成する。非貫通溝９１の深さはめっき層９の厚さよりも浅い。非貫通溝９１は例えばエッチングにより形成することができる。
　次に、電解めっきにより、めっき層９の表面にコア４を形成する。その後、めっき層９から剥離することで、非貫通溝９１と対応する形状の突条４１を有するコア４が形成される。
　このように、めっき層９の厚さよりも浅い非貫通溝９１を形成するのみであるため、母材８を加工する手間がない。したがって、めっき層９の厚さよりも深い流路を有するマイクロチップを形成する場合でも、加工の手間を減らし、加工時間を短縮することができる。
　また、１枚の基板に深さの異なる溝を並存させると、偏肉構造となり、基板にひけが発生しやすくなるが、基板２は単一の深さの非貫通溝２１と、貫通溝２２のみが設けられているため、ひけが発生しない。
　なお、以上の実施形態においては、非貫通溝２１により形成される流路と貫通溝２２により形成される流路の両方を備える構成としたが、本発明はこれに限らず、Ｎｉ－Ｐめっきの厚さよりも深い流路のみを有するマイクロチップに本発明を適用してもよい。
　また、キャビティ５１の底部に突条を形成し、基板２のキャビティ５１側の面に突条と対応する形状の非貫通溝を形成してもよい。
　１、１０１　マイクロチップ
　１１、１１１　蓋板
　１２　底板
　２、１０２　基板
　２１、１２１、１２２　非貫通溝
　２２　貫通溝
　３、１０３　金型
　４、１０４　コア
　４１、１４１　突条
　５　型板
　５１　キャビティ
　５２　挿入溝
　６　コアピン
　７　保持板
　８、１０８　母材
　１８１　下穴
　９、１０９　Ｎｉ－Ｐめっき
　９１　非貫通溝

Claims (6)

  1. 　一方の面にキャビティが設けられるとともに、前記キャビティの底部に挿入溝が設けられた型板と、
    　前記型板の前記キャビティが設けられた面と対向する面に当接するコアと、
    　前記挿入溝に挿入され前記コアと当接する、前記挿入溝と対応する形状のコアピンと、からなる金型の前記キャビティ内に溶融樹脂を射出充填し、成形後、取り出すことで前記コアピンと対応する形状の貫通溝が形成された基板を形成する第１工程と、
    　前記基板の両面に底板及び蓋板を接合する第２工程と、
    を備えることを特徴とするマイクロチップの製造方法。
  2. 　前記コアの前記型板との当接面に、前記キャビティの深さよりも低い突条を設け、
    　前記基板の前記コアとの当接面に、前記突条と対応する形状の非貫通溝を形成することを特徴とする請求項１に記載のマイクロチップの製造方法。
  3. 　母材にＮｉ－Ｐめっきを形成し、
    　次に、前記Ｎｉ－Ｐめっきの表面に、前記突条と対応する形状の非貫通溝を形成し、
    　次に、前記Ｎｉ－Ｐめっきの表面に電解めっきを形成した後、前記Ｎｉ－Ｐめっきから剥離することで前記コアを形成することを特徴とする請求項２に記載のマイクロチップの製造方法。
  4. 　上下に貫通する貫通溝を有する基板と、
    　前記基板の下面に接合される底板と、
    を備えることを特徴とするマイクロチップ。
  5. 　前記基板の上面に接合される蓋板をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載のマイクロチップ。
  6. 　前記基板は少なくとも一方の面に非貫通溝を有することを特徴とする請求項４または５に記載のマイクロチップ。
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