WO2018180508A1 - マイクロ流路チップの製造方法 - Google Patents

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WO2018180508A1
WO2018180508A1 PCT/JP2018/010073 JP2018010073W WO2018180508A1 WO 2018180508 A1 WO2018180508 A1 WO 2018180508A1 JP 2018010073 W JP2018010073 W JP 2018010073W WO 2018180508 A1 WO2018180508 A1 WO 2018180508A1
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flow path
lid substrate
resin
lid
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PCT/JP2018/010073
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大道 千葉
荒井　邦仁
澤口　太一
光一 相沢
憲之 有留
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日本ゼオン株式会社
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    • B81C2203/037—Thermal bonding techniques not provided for in B81C2203/035 - B81C2203/036

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a microchannel chip, and particularly to a method for manufacturing a resin microchannel chip.
  • microchannel chips that have formed microchannels and reaction vessels using microfabrication technology have been used for DNA testing, biological material analysis, drug discovery / pharmaceutical development, organic synthesis, water quality analysis, etc. It is used in various fields.
  • microchannel chips resin microchannel chips that can be manufactured at low cost are attracting attention.
  • the conventional manufacturing method using a press machine or a roll machine, there are cases where the bonding strength at the initial stage after the manufacturing cannot be obtained sufficiently. Further, the conventional manufacturing method has a problem that when a pressure during pressing or roll is increased in order to obtain sufficient bonding strength, a fine flow path is deformed during bonding.
  • the present invention provides a method of manufacturing a microchannel chip that is capable of manufacturing a resin microchannel chip that is excellent in initial bonding strength after manufacture and that suppresses deformation of a microchannel.
  • the purpose is to do.
  • the present inventor has intensively studied for the purpose of solving the above problems. Then, if the substrate is pressurized using an elastic body having a fluid or durometer hardness of a predetermined value or less, the present inventor has sufficient initial bonding strength after manufacturing while suppressing deformation of the fine flow path.
  • the present invention has been completed by finding that it can be enhanced.
  • the present invention has an object to advantageously solve the above-mentioned problems, and the manufacturing method of the microchannel chip of the present invention is a resin flow having a fine channel formed on at least one surface.
  • a method of manufacturing a micro-channel chip by bonding a road substrate and a resin lid substrate, a step (A) of performing a surface modification treatment on a bonding surface of the channel substrate and the lid substrate; After the step (A), the bonding surface of the flow path substrate and the bonding surface of the lid substrate are superposed, and under heating, the flow path substrate and the flow path through the elastic body having a fluid or durometer hardness of E20 or less. And a step (B) of pressurizing the lid substrate.
  • durometer hardness can be measured using a type E durometer in accordance with JIS K6253.
  • the channel substrate and the lid substrate are made of a cyclic olefin resin. This is because if a flow path substrate made of a cyclic olefin resin and a lid substrate made of a cyclic olefin resin are used, a micro flow path chip having excellent durability can be obtained.
  • the surface modification treatment is performed using a silane coupling agent in the step (A). This is because if the silane coupling agent is used, the flow path substrate and the lid substrate can be bonded satisfactorily, and the initial bonding strength after production can be further increased. In addition, the optical stability of the manufactured microchannel chip can be improved as compared with the case where the surface modification treatment is performed using ultraviolet irradiation or the like.
  • an autoclave is used to pressurize the channel substrate and the lid substrate through the fluid.
  • the flow path substrate and the lid substrate can be bonded satisfactorily, the deformation of the fine flow path can be suppressed, and the initial bonding strength after manufacturing This is because it is possible to achieve both improvement and improvement at a high level.
  • the superposed channel substrate and the lid substrate are accommodated in a bag, and the inside of the bag is decompressed and sealed, It is preferable that the flow path substrate and the lid substrate sealed in the bag are installed in an autoclave, and the flow path substrate and the lid substrate are pressurized via the fluid. This is because if the flow path substrate and the lid substrate housed in the bag are pressurized with a fluid, it is possible to suppress deterioration of the flow path substrate and the lid substrate due to contact with the fluid.
  • step (B) when the flow path substrate and the lid substrate are housed in a bag and the inside of the bag is sealed under reduced pressure, a silane coupling agent is used in the step (A). It is particularly preferable to perform the surface modification treatment. This is because in the step (B), the condensation reaction and / or addition reaction of the silane coupling agent proceeds satisfactorily during decompression, and the flow path substrate and the lid substrate can be further satisfactorily joined.
  • (A) is a top view which shows an example of the channel substrate of a microchannel chip
  • (b) is a top view which shows an example of the lid substrate of a microchannel chip.
  • the manufacturing method of the microchannel chip of the present invention is a method of manufacturing a resin microchannel chip.
  • the microchannel chip manufactured by using the manufacturing method of the present invention is not particularly limited, and various fields such as DNA testing, biological material analysis, drug discovery / pharmaceutical development, organic synthesis, water quality analysis, etc. Can be used.
  • a microchannel chip is manufactured by bonding a resin-made channel substrate having a fine channel formed on at least one surface and a resin lid substrate.
  • the method for manufacturing a microchannel chip of the present invention includes a step (A) of performing surface modification treatment on the bonding surface of the channel substrate and the lid substrate, and a bonding surface of the channel substrate after the step (A). And a step (B) of superimposing the bonding surface of the lid substrate and pressurizing the flow path substrate and the lid substrate through an elastic body having a fluid or durometer hardness of E20 or less under heating.
  • a resin substrate having a fine flow path formed on at least one surface can be used as the flow path substrate.
  • the flow path substrate is bonded to the lid substrate with the surface on which the fine flow path is formed as a bonding surface.
  • the width, depth, and shape of the fine flow path can be appropriately changed according to the use of the micro flow path chip, but are usually on the order of millimeters or may be on the order of nanometers. Is preferably on the order of micrometers.
  • the width of the fine channel is not particularly limited, and can be, for example, 10 ⁇ m or more and 800 ⁇ m or less.
  • the formation of the fine flow path on the resin substrate can be performed using, for example, a fine processing technique such as photolithography or thermal imprint, cutting, injection molding, or the like.
  • the substrate for forming the fine flow path is not particularly limited, and is not limited to cyclic olefin resin, polycarbonate resin, aromatic polyether ketone resin, (meth) acrylic resin, vinyl alicyclic hydrocarbon.
  • a substrate made of an arbitrary resin such as an aromatic resin or an aromatic vinyl resin can be used.
  • a norbornene-type monomer is mentioned.
  • the norbornene monomer is a monomer containing a norbornene ring.
  • Examples of norbornene monomers include bicyclo [2.2.1] hept-2-ene (common name: norbornene), 5-ethylidene-bicyclo [2.2.1] hept-2-ene (common name).
  • Ethylidene norbornene and their derivatives (having substituents in the ring); tricyclo [5.2.1.0 2,6 ] deca-3,8-diene (conventional) Name: dicyclopentadiene), and tricyclic monomers such as derivatives thereof; tetracyclo [7.4.0.0 2,7 . 1 10,13] tetradeca -2,4,6,11- tetraene (common name: methanolate tetrahydrofluorene), tetracyclo [6.2.1.1 3, 6.
  • dodec-4-ene (common name: tetracyclododecene), 9-ethylidenetetracyclo [6.2.1.1 3,6 . 0 2,7 ] dodec-4-ene, and tetracyclic monomers such as derivatives thereof; and the like. These monomers may have a substituent at an arbitrary position.
  • the cyclic olefin-based resin may be an addition polymer, a ring-opening polymer, or a hydride thereof, but the ring-opening polymer or the ring-opening polymer hydrogen. It is preferable that it is a compound.
  • “(meth) acryl” means acryl and / or methacryl.
  • the “water absorption rate” can be measured according to ASTM D570-98.
  • the lid substrate any resin substrate that can cover a fine channel formed on the channel substrate can be used.
  • the lid substrate has a smooth surface that can cover the flow path substrate, and optionally into the fine flow path of the flow path substrate when the micro flow path chip is formed together with the flow path substrate. It is possible to use a substrate having a through-hole serving as an inlet for the sample or the like.
  • the lid substrate is bonded to the flow path substrate with the smooth surface side as the bonding surface.
  • a substrate in which a fine channel is formed on the surface opposite to the smooth surface side joined to the channel substrate may be used.
  • the through-holes can be formed in the resin substrate using, for example, a fine processing technique such as photolithography or thermal imprint, cutting, injection molding, or the like.
  • the lid substrate is not particularly limited, and is a cyclic olefin resin, polycarbonate resin, aromatic polyether ketone resin, (meth) acrylic resin, vinyl alicyclic hydrocarbon resin, aromatic vinyl.
  • a substrate made of an arbitrary resin such as a resin can be used. Among them, from the viewpoint of obtaining a micro-channel chip with less deterioration in bonding strength and optical stability due to moisture absorption and excellent durability, it is preferable to use a cyclic olefin resin as the substrate resin. It is more preferable to use a cyclic olefin resin having a water absorption of 0.01% by mass or less.
  • a norbornene-type monomer is mentioned.
  • the norbornene monomer is a monomer containing a norbornene ring.
  • Examples of norbornene monomers include bicyclo [2.2.1] hept-2-ene (common name: norbornene), 5-ethylidene-bicyclo [2.2.1] hept-2-ene (common name).
  • Ethylidene norbornene and their derivatives (having substituents in the ring); tricyclo [5.2.1.0 2,6 ] deca-3,8-diene (conventional) Name: dicyclopentadiene), and tricyclic monomers such as derivatives thereof; tetracyclo [7.4.0.0 2,7 . 1 10,13] tetradeca -2,4,6,11- tetraene (common name: methanolate tetrahydrofluorene), tetracyclo [6.2.1.1 3, 6.
  • dodec-4-ene (common name: tetracyclododecene), 9-ethylidenetetracyclo [6.2.1.1 3,6 . 0 2,7 ] dodec-4-ene, and tetracyclic monomers such as derivatives thereof; and the like. These monomers may have a substituent at an arbitrary position.
  • the cyclic olefin-based resin may be an addition polymer, a ring-opening polymer, or a hydride thereof, but the ring-opening polymer or the ring-opening polymer hydrogen. It is preferable that it is a compound.
  • the flow path substrate and the lid substrate are preferably made of the same resin.
  • step (A) surface modification treatment is performed on the bonding surface of the flow path substrate and the bonding surface of the lid substrate. By performing this surface modification treatment, the flow path substrate and the lid substrate can be satisfactorily bonded in the step (B).
  • the surface modification treatment of the bonding surface is not particularly limited, and for example, application of a silane coupling agent, irradiation with vacuum ultraviolet (VUV), irradiation with plasma such as corona discharge, atmospheric pressure plasma, or Any surface modification method such as a combination of these can be used.
  • the surface modification treatment is preferably performed using a silane coupling agent or vacuum ultraviolet light, and more preferably performed using a silane coupling agent.
  • the surface modification treatment is particularly preferably performed by applying a silane coupling agent after irradiation of plasma such as corona discharge or atmospheric pressure plasma to the joint surface. .
  • the flow path substrate and the lid substrate can be satisfactorily bonded, and the initial bonding strength after production can be sufficiently increased.
  • a silane coupling agent is used, the optical stability of the manufactured microchannel chip is prevented from lowering compared to the case where surface modification treatment is performed using vacuum ultraviolet irradiation or the like. be able to.
  • the surface modification treatment conditions can be appropriately set according to the material of the flow path substrate and the lid substrate.
  • the silane coupling agent any silane coupling agent can be used.
  • a silane coupling agent having an amino group for example, 3-aminopropyltrimethoxysilane
  • an agent such as 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane
  • step (B) the bonding surface of the flow path substrate subjected to the surface modification treatment in step (A) and the bonding surface of the lid substrate subjected to the surface modification treatment in step (A) are overlapped, Under heating, the flow path substrate and the lid substrate are pressurized through an elastic body having a fluid or durometer hardness of E20 or less to join the flow path substrate and the lid substrate.
  • the flow path substrate and the lid substrate are pressurized via an elastic body having a fluid or durometer hardness of E20 or less.
  • a microchannel chip having a sufficiently high initial bonding strength after manufacture can be obtained.
  • the reason for this is not clear, but is presumed to be as follows. That is, the surface (pressurized surface) of the flow path substrate and the lid substrate has minute irregularities and distortions, and variations in the plate thickness. Therefore, using a press machine or a roll machine, When the laminate is pressurized, the press head of the press machine or the roll of the roll machine cannot follow the surface of the flow path substrate and the lid substrate well, and the pressure is uniformly applied to the entire surface of the flow path substrate and the lid substrate. I can't call.
  • a microchannel chip having a sufficiently high initial bonding strength after manufacture cannot be obtained.
  • the fine flow path may be deformed.
  • pressure is applied via an elastic body having a fluid or durometer hardness of E20 or less, the surface of the flow path substrate and the lid substrate is satisfactorily followed, and the pressure is uniformly applied to the entire surface of the flow path substrate and the lid substrate. Therefore, it is possible to obtain a microchannel chip having a sufficiently high initial bonding strength after manufacturing without applying an excessively high pressure. Therefore, it is possible to obtain a micro-channel chip with sufficiently high initial bonding strength after manufacture while suppressing deformation of the fine channel.
  • the bonding surface of the flow path substrate subjected to the surface modification treatment and the bonding surface of the lid substrate subjected to the surface modification treatment may be overlapped by aligning the flow path substrate and the lid substrate using any means. Usually, it is performed without using an adhesive member such as an adhesive. This is because when the adhesive member is used, the adhesive member may enter the fine flow path and a flow path having a desired shape may not be obtained.
  • the laminated body of the flow path substrate and the lid substrate obtained by superimposing the bonding surfaces is pressurized through a fluid under heating
  • the laminated body of the flow path substrate and the lid substrate is particularly limited.
  • a pressurizing device such as an autoclave or a hot water laminator
  • it can be pressurized via a pressurized fluid.
  • the viewpoint of efficiently heating and pressurizing the laminate of the flow path substrate and the lid substrate, as well as bonding the flow path substrate and the lid substrate well, suppressing the deformation of the fine flow path From the viewpoint of achieving both high bonding strength and a high level, the laminate of the flow path substrate and the lid substrate is preferably heated and pressurized using an autoclave.
  • the laminated body of a flow path substrate and a lid substrate is pressurized through a fluid under heating using an autoclave
  • the laminated body of the flow path substrate and the lid substrate is accommodated in a bag and the inside of the bag is decompressed. It is preferable to heat and pressurize after sealing. If the flow path substrate and the lid substrate stored in the bag are installed in the autoclave and the flow path substrate and the lid substrate are pressurized with a fluid, the fluid and the flow path substrate and the lid substrate are prevented from coming into direct contact with each other. This is because deterioration of the flow path substrate and the lid substrate due to oxygen or the like contained in the fluid can be suppressed.
  • the fluid is put into the fine flow path during the heating and pressurization. This is because it is possible to prevent the inflow of the liquid and to apply a good pressure to the flow path substrate and the lid substrate, and to bond the flow channel substrate and the lid substrate satisfactorily to further increase the initial bonding strength after manufacturing. .
  • the laminated body of the flow path substrate and the lid substrate is housed in a bag, and the inside of the bag is decompressed. It is preferable to heat and pressurize after sealing. If the flow path substrate and lid substrate subjected to surface modification treatment of the joint surface using a silane coupling agent are housed in a bag and the inside of the bag is decompressed, the condensation reaction of the silane coupling agent and This is because the addition reaction proceeds favorably and the flow path substrate and the lid substrate can be further favorably joined.
  • the fluid is not particularly limited, and liquids such as water and oil, gases such as air and water vapor, or mixtures thereof can be used.
  • any bag can be used as the bag for arbitrarily accommodating the laminated body of the flow path substrate and the lid substrate in the step (B) as long as the bag can be sealed under reduced pressure.
  • the inside of the bag containing the laminated body of the flow path substrate and the lid substrate is not particularly limited, and is preferably reduced to, for example, 10 kPa or less (absolute pressure), and preferably reduced to 2 kPa or less (absolute pressure). Is more preferable. This is because if the pressure in the bag at the time of decompression is set to the upper limit value or less, the pressure can be favorably applied to the flow path substrate and the lid substrate, and the initial bonding strength after manufacture can be further increased.
  • the heating of the laminated body of the flow path substrate and the lid substrate is usually performed at a temperature lower than the load deflection temperature of the resin used as the material of the flow path substrate and the lid substrate.
  • the temperature is preferably ⁇ 20 ° C. or less, more preferably the deflection temperature under load ⁇ 30 ° C. or less, more preferably the deflection temperature under load ⁇ 80 ° C. or more, and the deflection temperature under load ⁇ 60 ° C. It is more preferable to carry out at the above temperature, and it is more preferable to carry out at a temperature of the deflection temperature under load of ⁇ 40 ° C. or higher.
  • the “deflection temperature under load” can be measured according to JIS 7191 (flatwise, method A).
  • the pressure when the laminated body of the flow path substrate and the lid substrate is pressurized via the fluid is not particularly limited, and is preferably 0.2 MPa or more, for example, 0.5 MPa More preferably, the pressure is 0.7 MPa or more, further preferably 1.5 MPa or less, and more preferably 1.0 MPa or less. This is because if the pressure is set to the upper limit value or less, deformation of the fine channel can be sufficiently suppressed. Further, if the pressure is set to the above lower limit value or more, the initial bonding strength after production can be sufficiently increased.
  • the durometer hardness of the elastic body is preferably E5 or less.
  • the durometer hardness of the elastic body is set to the above upper limit value or less, it is possible to manufacture a resin-made micro flow channel chip that is excellent in initial bonding strength after manufacture and in which fine flow channel deformation is suppressed.
  • the heating of the laminated body of the flow path substrate and the lid substrate is usually performed by the load of the resin used as the material of the flow path substrate and the lid substrate, as in the case of using the fluid. It is preferably performed at a temperature lower than the deflection temperature, preferably at a deflection temperature under load of ⁇ 20 ° C. or less, more preferably at a temperature of deflection under load of ⁇ 30 ° C. or less, and at a temperature of deflection temperature under load ⁇ 80 ° C. or more. It is preferable to carry out at a load deflection temperature of ⁇ 60 ° C. or higher, more preferably at a load deflection temperature of ⁇ 40 ° C.
  • the heating temperature is set to the upper limit value or less, it is possible to sufficiently suppress the deformation of the fine flow path. Further, if the heating temperature is set to the above lower limit value or more, the initial bonding strength after production can be sufficiently increased.
  • the pressurization of the laminated body of the flow path substrate and the lid substrate through the elastic body uses an elastic body disposed on at least one side in the stacking direction of the laminated body. This can be done by pressing the laminate in the laminating direction.
  • the pressure at the time of pressurizing a laminated body through an elastic body is not specifically limited, For example, it is preferable to set it as 0.2 Mpa or more, It is more preferable to set it as 0.5 Mpa or more, 0.7 Mpa or more More preferably, it is preferable to set it as 1.5 MPa or less, and it is more preferable to set it as 1.0 MPa or less.
  • the pressurization using the elastic body mentioned above can be performed using, for example, a commercially available pressurizer (for example, an elastic body press such as “Iso Bonder & Dry Laminator” manufactured by Nikkiso Co., Ltd.). .
  • the three-point bending test was done based on JISK7171 except having made the distance between the support points of a support stand into 60 mm.
  • the test piece for measuring the bonding strength was installed in the center of the support table so that the flow path substrate was on the indenter side and the lid substrate for measuring the bond strength was on the support table side.
  • a five-point bending strength test piece was subjected to a three-point bending test, and the average value of the maximum loads (corresponding to the load when the bonding surface peeled) was defined as the bonding strength. And it evaluated according to the following references
  • Bonding strength is 15N or more
  • Bonding strength is 5N or more and less than 15N
  • Bonding strength is less than 5N
  • Test piece for measuring bonding strength peels off during handling ⁇ Liquid blur> About five samples, the ink aqueous solution was inject
  • Variation coefficient is less than 5%
  • Variation coefficient is 5% or more and less than 10%
  • Variation coefficient is 10% or more ⁇ Joint strength after endurance test> The produced test piece for measuring the bonding strength was exposed to a constant temperature and humidity environment of a temperature of 60 ° C., a relative humidity of 90% and an atmospheric pressure for 168 hours (one week), and a durability test was performed.
  • the bonding strength after the durability test was measured in the same manner as in the above ⁇ Initial bonding strength> and evaluated according to the following criteria. It shows that the larger the joint strength after the durability test, the better the joint strength over a long period of time.
  • the light transmittance of light having a wavelength of 400 nm was measured with an ultraviolet-visible spectrophotometer (manufactured by JASCO Corporation, product name: UV) at the joint surface portion where the flow path of the manufactured micro flow path chip was not formed. -VIS V570).
  • the microchannel chip was exposed to a constant temperature and humidity environment of a temperature of 60 ° C., a relative humidity of 90%, and an atmospheric pressure for 168 hours (one week), and a durability test was performed.
  • Example 1 Preparation of substrate> From cyclic olefin-based resin (COP) (manufactured by ZEON, ZEONEX (registered trademark) 690R, ring-opening polymer hydride of norbornene monomer, deflection temperature under load: 136 ° C., water absorption: 0.01 mass% or less) 4 channels 11 (width: 200 ⁇ m, depth) in a pattern as shown in FIG. 1 (a) on one side of a resin substrate (thickness: 1.0 mm, outer shape: 76.0 mm ⁇ 26.0 mm). 100 ⁇ m) to form a flow path substrate 10.
  • COP cyclic olefin-based resin
  • a cyclic olefin resin manufactured by ZEON, ZEONEX (registered trademark) 690R, a ring-opening polymer hydride of norbornene monomer, deflection temperature under load: 136 ° C., water absorption: 0.01% by mass or less.
  • ZEON ZEON
  • ZEONEX registered trademark
  • FIG. 1B eight through holes 21 (injection ports) having a diameter of 2.0 mm are formed.
  • the lid substrate 20 was obtained.
  • the position of the through hole 21 was a position corresponding to the end 12 of the flow path 11 of the flow path substrate 10.
  • one surface (bonding surface) of the lid substrate 20 is irradiated with atmospheric pressure plasma in the same manner as the flow path substrate 10, and then 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane (Shin-Etsu Chemical) is used as a silane coupling agent.
  • Surface modification treatment was performed by applying KBM-403) manufactured by Komatsu. ⁇ Joint> The bonded surface of the flow path substrate 10 and the bonded surface of the lid substrate 20 were overlapped so that the position of the end 12 of the flow path 11 and the position of the through hole 21 coincided to obtain a laminate.
  • the obtained laminated body is accommodated in a bag made of PET (polyethylene terephthalate film) / ONY (biaxially stretched nylon film) / CPP (unstretched polypropylene film), and the inside of the bag is pressurized with a vacuum packaging machine at a pressure of 1 kPa ( The pressure was reduced to (absolute pressure), and the opening of the bag was sealed with a heat seal. Thereafter, the laminated body of the flow path substrate 10 and the lid substrate 20 is placed in the autoclave together with the bag, and heated and pressurized for 30 minutes at a temperature of 100 ° C. (a deflection temperature under load of ⁇ 36 ° C.) and a pressure of 0.8 MPa in an air atmosphere.
  • PET polyethylene terephthalate film
  • ONY biaxially stretched nylon film
  • CPP unstretched polypropylene film
  • a lid substrate for measuring the bonding strength a cyclic olefin resin (manufactured by Nippon Zeon, ZEONEX (registered trademark) 690R, a ring-opening polymer hydride of a norbornene monomer, deflection temperature under load: 136 ° C., water absorption: A resin substrate (thickness: 1.0 mm, outer shape: 40.0 mm ⁇ 26.0 mm) made of 0.01% by mass or less was prepared.
  • Example 2 At the time of joining, instead of using an autoclave, an elastic head press having an elastic body (durometer hardness: E5) is used between the pressure head section and the pressed body, and a laminated body that is not contained in a bag is laminated.
  • the channel substrate and the lid substrate were joined by heating and pressurizing at a temperature of 100 ° C. (deflection temperature of load ⁇ 36 ° C.) and a pressure of 0.8 MPa for 30 minutes. Chips and test pieces for bonding strength measurement were produced.
  • Various evaluations were performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
  • Example 3 During the surface modification treatment, instead of atmospheric pressure plasma irradiation and silane coupling agent application, irradiation of vacuum ultraviolet rays onto the joint surface (emission wavelength: 172 nm, irradiation distance: 5 mm, irradiation intensity: 10 mW / cm 2 , irradiation time: A microchannel chip and a test piece for measuring bonding strength were produced in the same manner as in Example 1 except that the test was performed for 10 minutes. Various evaluations were performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
  • Example 5 The temperature at the time of joining was the same as in Example 1 except that the temperature was changed to 120 ° C. (deflection temperature under load ⁇ 16 ° C.) (Example 4) and 70 ° C. (deflection temperature under load ⁇ 66 ° C.) (Example 5), respectively.
  • a microchannel chip and a test piece for measuring bonding strength were manufactured.
  • Various evaluations were performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
  • Example 6 A microchannel chip and a test piece for measuring bonding strength were produced in the same manner as in Example 1 except that the pressure inside the bag was changed to 15 kPa (absolute pressure) at the time of bonding. Various evaluations were performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
  • Example 7 When preparing the substrate, it is made of polycarbonate resin (PC) (Mitsubishi Chemical Iupilon H-4000, deflection temperature under load: 136 ° C., water absorption: 0.24 mass%) instead of the resin substrate made of cyclic olefin resin. Microchannel chip and bonding strength measurement in the same manner as in Example 1 except that a resin substrate (thickness: 1.0 mm, outer shape: 76.0 mm ⁇ 26.0 mm or 40.0 mm ⁇ 26.0 mm) was used. Test specimens were manufactured. Various evaluations were performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
  • PC polycarbonate resin
  • Comparative Example 2 A microchannel chip and a test piece for measuring bonding strength were manufactured in the same manner as in Comparative Example 1 except that the pressure at the time of bonding was changed to 5.0 MPa. Various evaluations were performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
  • Example 3 A microchannel chip and a test piece for measuring bonding strength were produced in the same manner as in Example 1 except that the surface modification treatment was not performed. Various evaluations were performed in the same manner as in Example 1. In addition, items other than the initial bonding strength could not be evaluated due to the separation of the flow path substrate and the lid substrate. The results are shown in Table 1.
  • Example 4 A microchannel chip and a test piece for measuring bonding strength were manufactured in the same manner as in Example 2 except that the durometer hardness of the elastic body was changed to E25. Various evaluations were performed in the same manner as in Example 1. The flow rate variation could not be measured due to liquid leakage. The results are shown in Table 1.

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Abstract

本発明は、製造後初期の接合強度に優れ、且つ、微細な流路の変形が抑制された樹脂製のマイクロ流路チップを製造することが可能なマイクロ流路チップの製造方法を提供する。本発明のマイクロ流路チップの製造方法は、少なくとも一方の表面に微細な流路を形成した樹脂製の流路基板と、樹脂製の蓋基板とを接合してマイクロ流路チップを製造する方法であって、流路基板および蓋基板の接合面に表面改質処理を施す工程（Ａ）と、工程（Ａ）の後に、流路基板の接合面と蓋基板の接合面とを重ね合わせ、加熱下、流体またはデュロメータ硬さがＥ２０以下の弾性体を介して流路基板および蓋基板を加圧する工程（Ｂ）とを含む。

Description

マイクロ流路チップの製造方法
　本発明は、マイクロ流路チップの製造方法に関し、特には、樹脂製のマイクロ流路チップの製造方法に関するものである。
　近年、微細加工技術を利用してマイクロメートルオーダーの微小流路や反応容器を形成したチップ（マイクロ流路チップ）が、ＤＮＡ検査、生体物質分析、創薬・製薬開発、有機合成、水質分析などの様々な分野で利用されている。
　また、マイクロ流路チップとしては、低コストで製造可能な樹脂製のマイクロ流路チップが注目されている。
　そして、樹脂製のマイクロ流路チップは、少なくとも一方の表面に微細な流路を形成した樹脂製の基板と、蓋材としての樹脂製の蓋基板とを接合させることにより製造されている。具体的には、樹脂製のマイクロ流路チップは、微細な流路を形成した樹脂製の基板と樹脂製の蓋基板とを、任意に接合面に表面処理を施した後で、プレス機やロール機を用いて熱圧着することにより、製造されている（例えば、特許文献１～２参照）。
特開２０１１－２１４８３８号公報 特開２００６－１８７７３０号公報
　しかし、プレス機やロール機を用いた上記従来の製造方法では、製造後初期における接合強度が十分に得られない場合があった。また、上記従来の製造方法では、十分な接合強度を得るためにプレス時やロール時の圧力を高めると、接合時に微細な流路が変形するという問題があった。
　そこで、本発明は、製造後初期の接合強度に優れ、且つ、微細な流路の変形が抑制された樹脂製のマイクロ流路チップを製造することが可能なマイクロ流路チップの製造方法を提供することを目的とする。
　本発明者は、上記課題を解決することを目的として鋭意検討を行った。そして、本発明者は、流体またはデュロメータ硬さが所定値以下の弾性体を使用して基板の加圧を行えば、微細な流路の変形を抑制しつつ製造後初期の接合強度を十分に高めることができることを見出し、本発明を完成させた。
　即ち、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明のマイクロ流路チップの製造方法は、少なくとも一方の表面に微細な流路を形成した樹脂製の流路基板と、樹脂製の蓋基板とを接合してマイクロ流路チップを製造する方法であって、前記流路基板および前記蓋基板の接合面に表面改質処理を施す工程（Ａ）と、前記工程（Ａ）の後に、前記流路基板の接合面と前記蓋基板の接合面とを重ね合わせ、加熱下、流体またはデュロメータ硬さがＥ２０以下の弾性体を介して前記流路基板および前記蓋基板を加圧する工程（Ｂ）とを含むことを特徴とする。このように、接合面に表面改質処理を施した後、加熱下において流体またはデュロメータ硬さがＥ２０以下の弾性体を介して流路基板および蓋基板を加圧して接合すれば、微細な流路の変形を抑制しつつ製造後初期の接合強度を十分に高めることができる。
　なお、本発明において、「デュロメータ硬さ」は、ＪＩＳ Ｋ６２５３に準拠し、タイプＥデュロメータを用いて測定することができる。
　ここで、本発明のマイクロ流路チップの製造方法は、前記流路基板および前記蓋基板が環状オレフィン系樹脂からなることが好ましい。環状オレフィン系樹脂からなる流路基板および環状オレフィン系樹脂からなる蓋基板を使用すれば、耐久性に優れるマイクロ流路チップが得られるからである。
　また、本発明のマイクロ流路チップの製造方法は、前記工程（Ａ）において、シランカップリング剤を用いて前記表面改質処理を施すことが好ましい。シランカップリング剤を使用すれば、流路基板と蓋基板とを良好に接合させ、製造後初期の接合強度を更に高めることができるからである。また、紫外線照射などを利用して表面改質処理を施す場合と比較し、製造されるマイクロ流路チップの光学的安定性を向上させることができるからである。
　更に、本発明のマイクロ流路チップの製造方法は、前記工程（Ｂ）において、オートクレーブを使用し、前記流体を介して前記流路基板および前記蓋基板を加圧することが好ましい。オートクレーブを使用し、流体を介して流路基板および蓋基板を加圧すれば、流路基板と蓋基板とを良好に接合させ、微細な流路の変形の抑制と、製造後初期の接合強度の向上とを高いレベルで両立することができるからである。
　そして、本発明のマイクロ流路チップの製造方法は、前記工程（Ｂ）において、重ね合わせた前記流路基板および前記蓋基板を袋に収容し、前記袋の内部を減圧して密封した後、前記袋に密封された前記流路基板および前記蓋基板をオートクレーブ内に設置し、前記流体を介して前記流路基板および前記蓋基板を加圧することが好ましい。袋内に収容した流路基板および蓋基板を流体で加圧すれば、流体との接触により流路基板および蓋基板が劣化するのを抑制することができるからである。また、流路基板および蓋基板を収容した袋の内部を減圧して密封してから流体で加圧を行えば、流路基板と蓋基板とを良好に接合させ、製造後初期の接合強度を更に高めることができるからである。
　なお、工程（Ｂ）において、前記流路基板および前記蓋基板を袋に収容し、前記袋の内部を減圧して密封する場合には、前記工程（Ａ）において、シランカップリング剤を用いて前記表面改質処理を施すことが特に好ましい。工程（Ｂ）において減圧時にシランカップリング剤の縮合反応および／または付加反応が良好に進行して、流路基板と蓋基板とを更に良好に接合させることができるからである。
　本発明によれば、製造後初期の接合強度に優れ、且つ、微細な流路の変形が抑制された樹脂製のマイクロ流路チップを製造することができる。
（ａ）は、マイクロ流路チップの流路基板の一例を示す平面図であり、（ｂ）は、マイクロ流路チップの蓋基板の一例を示す平面図である。
　以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
　ここで、本発明のマイクロ流路チップの製造方法は、樹脂製のマイクロ流路チップを製造する方法である。そして、本発明の製造方法を用いて製造されたマイクロ流路チップは、特に限定されることなく、例えばＤＮＡ検査、生体物質分析、創薬・製薬開発、有機合成、水質分析などの様々な分野で利用することができる。
（マイクロ流路チップの製造方法）
　本発明のマイクロ流路チップの製造方法では、少なくとも一方の表面に微細な流路を形成した樹脂製の流路基板と、樹脂製の蓋基板とを接合してマイクロ流路チップを製造する。また、本発明のマイクロ流路チップの製造方法は、流路基板および蓋基板の接合面に表面改質処理を施す工程（Ａ）と、工程（Ａ）の後に、流路基板の接合面と蓋基板の接合面とを重ね合わせ、加熱下、流体またはデュロメータ硬さがＥ２０以下の弾性体を介して流路基板および蓋基板を加圧する工程（Ｂ）とを含むことを特徴とする。
＜流路基板＞
　流路基板としては、少なくとも一方の表面に微細な流路を形成した樹脂製の基板を用いることができる。そして、流路基板は、微細な流路が形成されている面を接合面として、蓋基板と接合される。
　ここで、微細な流路の幅、深さおよび形状は、マイクロ流路チップの用途に応じて適宜に変更することができるが、通常、ミリメートルオーダー以下であり、ナノメートルオーダーであってもよいが、マイクロメートルオーダーであることが好ましい。具体的には、微細な流路の幅は、特に限定されることなく、例えば１０μｍ以上８００μｍ以下とすることができる。
　そして、樹脂製の基板への微細な流路の形成は、例えば、フォトリソグラフィ、熱インプリント等の微細加工技術、切削、射出成形などを用いて行うことができる。
　また、微細な流路を形成する基板としては、特に限定されることなく、環状オレフィン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、芳香族ポリエーテルケトン系樹脂、（メタ）アクリル系樹脂、ビニル脂環式炭化水素系樹脂、芳香族ビニル系樹脂などの任意の樹脂からなる基板を用いることができる。中でも、吸湿による接合強度の経時的な低下および光学的安定性の低下が少なく、耐久性に優れるマイクロ流路チップを得る観点からは、基板の樹脂としては、環状オレフィン系樹脂を用いることが好ましく、吸水率が０．０１質量％以下の環状オレフィン系樹脂を用いることがより好ましい。
　なお、環状オレフィン系樹脂の単量体としては、好ましくはノルボルネン系単量体が挙げられる。ノルボルネン系単量体は、ノルボルネン環を含む単量体である。ノルボルネン系単量体としては、例えば、ビシクロ［２．２．１］ヘプト－２－エン（慣用名：ノルボルネン）、５－エチリデン－ビシクロ［２．２．１］ヘプト－２－エン（慣用名：エチリデンノルボルネン）、および、それらの誘導体（環に置換基を有するもの）等の２環式単量体；トリシクロ［５．２．１．０２，６］デカ－３，８－ジエン（慣用名：ジシクロペンタジエン）、および、その誘導体等の３環式単量体；テトラシクロ［７．４．０．０２，７．１１０，１３］テトラデカ－２，４，６，１１－テトラエン（慣用名：メタノテトラヒドロフルオレン）、テトラシクロ［６．２．１．１３，６．０２，７］ドデカ－４－エン（慣用名：テトラシクロドデセン）、９－エチリデンテトラシクロ［６．２．１．１３，６．０２，７］ドデカ－４－エン、および、それらの誘導体等の４環式単量体；等が挙げられる。これらの単量体は、任意の位置に置換基を有していてもよい。また、環状オレフィン系樹脂は、付加重合体であってもよいし、開環重合体であってもよいし、それらの水素化物であってもよいが、開環重合体または開環重合体水素化物であることが好ましい。
　なお、本発明において、「（メタ）アクリル」とは、アクリルおよび／またはメタクリルを意味する。また、「吸水率」は、ＡＳＴＭ Ｄ５７０－９８に準拠して測定することができる。
＜蓋基板＞
　蓋基板としては、流路基板に形成された微細な流路に蓋をし得る任意の樹脂製の基板を用いることができる。具体的には、蓋基板としては、流路基板に蓋をし得る平滑面を有し、任意に、流路基板と共にマイクロ流路チップを形成した際に流路基板の微細な流路内へのサンプル等の注入口となる貫通孔を有する基板を用いることができる。そして、蓋基板は、平滑面側を接合面として、流路基板と接合される。なお、蓋基板としては、流路基板に接合される平滑面側とは反対側の面に微細な流路が形成された基板を用いてもよい。
　なお、樹脂製の基板への貫通孔の形成は、例えば、フォトリソグラフィ、熱インプリント等の微細加工技術、切削、射出成形などを用いて行うことができる。
　そして、蓋基板としては、特に限定されることなく、環状オレフィン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、芳香族ポリエーテルケトン系樹脂、（メタ）アクリル系樹脂、ビニル脂環式炭化水素系樹脂、芳香族ビニル系樹脂などの任意の樹脂からなる基板を用いることができる。中でも、吸湿による接合強度の経時的な低下および光学的安定性の低下が少なく、耐久性に優れるマイクロ流路チップを得る観点からは、基板の樹脂としては、環状オレフィン系樹脂を用いることが好ましく、吸水率が０．０１質量％以下の環状オレフィン系樹脂を用いることがより好ましい。
　なお、環状オレフィン系樹脂の単量体としては、好ましくはノルボルネン系単量体が挙げられる。ノルボルネン系単量体は、ノルボルネン環を含む単量体である。ノルボルネン系単量体としては、例えば、ビシクロ［２．２．１］ヘプト－２－エン（慣用名：ノルボルネン）、５－エチリデン－ビシクロ［２．２．１］ヘプト－２－エン（慣用名：エチリデンノルボルネン）、および、それらの誘導体（環に置換基を有するもの）等の２環式単量体；トリシクロ［５．２．１．０２，６］デカ－３，８－ジエン（慣用名：ジシクロペンタジエン）、および、その誘導体等の３環式単量体；テトラシクロ［７．４．０．０２，７．１１０，１３］テトラデカ－２，４，６，１１－テトラエン（慣用名：メタノテトラヒドロフルオレン）、テトラシクロ［６．２．１．１３，６．０２，７］ドデカ－４－エン（慣用名：テトラシクロドデセン）、９－エチリデンテトラシクロ［６．２．１．１３，６．０２，７］ドデカ－４－エン、および、それらの誘導体等の４環式単量体；等が挙げられる。これらの単量体は、任意の位置に置換基を有していてもよい。また、環状オレフィン系樹脂は、付加重合体であってもよいし、開環重合体であってもよいし、それらの水素化物であってもよいが、開環重合体または開環重合体水素化物であることが好ましい。
　また、流路基板と蓋基板とを良好に接合させる観点からは、流路基板と蓋基板とは同一の樹脂からなることが好ましい。
＜工程（Ａ）＞
　工程（Ａ）では、流路基板の接合面と、蓋基板の接合面とに表面改質処理を施す。この表面改質処理を施すことにより、工程（Ｂ）において流路基板と蓋基板とを良好に接合することができる。
［表面改質処理］
　ここで、接合面の表面改質処理は、特に限定されることなく、例えば、シランカップリング剤の塗布、真空紫外線（ＶＵＶ）の照射、コロナ放電、大気圧プラズマ等のプラズマの照射、または、これらの組み合わせなどの任意の表面改質方法を用いて行うことができる。中でも、表面改質処理は、シランカップリング剤または真空紫外線を用いて行うことが好ましく、シランカップリング剤を用いて行うことがより好ましい。また、シランカップリング剤を用いる場合には、表面改質処理は、接合面にコロナ放電または大気圧プラズマ等のプラズマの照射を行った後にシランカップリング剤を塗布することにより行うことが特に好ましい。シランカップリング剤を使用すれば、流路基板と蓋基板とを良好に接合させ、製造後初期の接合強度を十分に高めることができる。また、シランカップリング剤を使用すれば、真空紫外線の照射などを利用して表面改質処理を施す場合と比較し、製造されるマイクロ流路チップの光学的安定性が低下するのを抑制することができる。
　なお、表面改質処理条件は、流路基板および蓋基板の材質などに応じて適宜設定することができる。
　また、シランカップリング剤としては、任意のシランカップリング剤を用いることができる。中でも、流路基板の接合面および蓋基板の接合面の一方にアミノ基を有するシランカップリング剤（例えば、３－アミノプロピルトリメトキシシラン等）を使用し、他方にエポキシ基を有するシランカップリング剤（例えば、３－グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等）を使用することが好ましい。アミノ基を有するシランカップリング剤と、エポキシ基を有するシランカップリング剤とを組み合わせて使用すれば、エポキシ開環反応によって流路基板と蓋基板とを強固に接合することができるからである。
＜工程（Ｂ）＞
　工程（Ｂ）では、工程（Ａ）において表面改質処理を施した流路基板の接合面と、工程（Ａ）において表面改質処理を施した蓋基板の接合面とを重ね合わせた後、加熱下において、流体またはデュロメータ硬さがＥ２０以下の弾性体を介して流路基板および蓋基板を加圧し、流路基板と蓋基板とを接合させる。中でも、工程（Ｂ）では、製造後初期の接合強度を十分に高める観点から、流体を介して流路基板および蓋基板を加圧することが好ましい。
　そして、工程（Ｂ）では、加熱下において、流体またはデュロメータ硬さがＥ２０以下の弾性体を介して流路基板および蓋基板を加圧しているので、微細な流路の変形を抑制しつつ、製造後初期の接合強度が十分に高いマイクロ流路チップを得ることができる。この理由は、明らかではないが、以下の通りであると推察される。即ち、流路基板や蓋基板の表面（加圧面）には、微細な凹凸や歪み、および、板厚のバラつきが存在するため、プレス機やロール機を用いて流路基板と蓋基板との積層体を加圧した場合には、プレス機のプレスヘッドやロール機のロールが流路基板および蓋基板の表面に良好に追従できず、流路基板および蓋基板の表面全体に均一に圧力をかけることができない。そのため、高い圧力を負荷しなければ、製造後初期の接合強度が十分に高いマイクロ流路チップを得ることができない。一方、高い圧力を負荷した場合には、微細な流路が変形する虞がある。しかし、流体またはデュロメータ硬さがＥ２０以下の弾性体を介して加圧を行えば、流路基板および蓋基板の表面に良好に追従し、流路基板および蓋基板の表面全体に均一に圧力をかけることができるので、過度に高い圧力を負荷しなくても、製造後初期の接合強度が十分に高いマイクロ流路チップを得ることができる。従って、微細な流路の変形を抑制しつつ、製造後初期の接合強度が十分に高いマイクロ流路チップを得ることができる。
［重ね合わせ］
　表面改質処理を施した流路基板の接合面と、表面改質処理を施した蓋基板の接合面との重ね合わせは、任意の手段を用いて流路基板と蓋基板とを位置合わせし、通常は接着剤などの接着部材を介さずに行う。接着部材を使用した場合、微細な流路内に接着部材が侵入して所望の形状を有する流路が得られなくなる虞があるからである。
［加熱下での流体を介した加圧］
　ここで、接合面同士を重ね合わせて得られた流路基板および蓋基板の積層体を加熱下において流体を介して加圧する場合、流路基板および蓋基板の積層体は、特に限定されることなく、オートクレーブ、温水ラミネーターなどの加圧装置を使用し、加圧した流体を介して加圧することができる。中でも、流路基板および蓋基板の積層体を効率的に加熱および加圧する観点、並びに、流路基板と蓋基板とを良好に接合させ、微細な流路の変形の抑制と、製造後初期の接合強度の向上とを高いレベルで両立する観点からは、流路基板および蓋基板の積層体は、オートクレーブを用いて加熱および加圧することが好ましい。
　また、オートクレーブを使用し、流路基板および蓋基板の積層体を加熱下において流体を介して加圧する場合、流路基板および蓋基板の積層体は、袋に収容し、袋の内部を減圧して密封した後で加熱および加圧することが好ましい。袋内に収容した流路基板および蓋基板をオートクレーブ内に設置し、流体で流路基板および蓋基板を加圧すれば、流体と流路基板および蓋基板とが直接接触するのを防止することができるので、流体中に含まれている酸素などにより流路基板および蓋基板が劣化するのを抑制することができるからである。また、流路基板および蓋基板を収容した袋の内部を減圧して密封してから流体で流路基板および蓋基板の加圧を行えば、加熱および加圧中に微細な流路内に流体が流入するのを防止して流路基板および蓋基板に圧力を良好に負荷し、流路基板と蓋基板とを良好に接合させて製造後初期の接合強度を更に高めることができるからである。
　なお、上述した工程（Ａ）においてシランカップリング剤を用いて表面改質処理を行った場合には特に、流路基板および蓋基板の積層体は、袋に収容し、袋の内部を減圧して密封した後で加熱および加圧することが好ましい。シランカップリング剤を用いて接合面の表面改質処理を行った流路基板および蓋基板を袋に収容し、袋の内部を減圧すれば、減圧時に袋内でシランカップリング剤の縮合反応および／または付加反応が良好に進行して、流路基板と蓋基板とを更に良好に接合させることができるからである。
－流体－
　そして、流体としては、特に限定されることなく、水、油などの液体、または、空気、水蒸気などの気体、或いは、それらの混合物を用いることができる。
－袋－
　更に、工程（Ｂ）において任意に流路基板および蓋基板の積層体を収容する袋としては、袋内を減圧して密封可能な袋であれば、任意の袋を用いることができる。
　また、流路基板および蓋基板の積層体を収容した袋の内部は、特に限定されることなく、例えば１０ｋＰａ以下（絶対圧）まで減圧することが好ましく、２ｋＰａ以下（絶対圧）まで減圧することがより好ましい。減圧時の袋内の圧力を上記上限値以下にすれば、流路基板および蓋基板に圧力を良好に負荷し、製造後初期の接合強度を更に高めることができるからである。
－加熱－
　そして、工程（Ｂ）において、流路基板および蓋基板の積層体の加熱は、通常、流路基板および蓋基板の材料として用いられている樹脂の荷重たわみ温度未満の温度で行われ、荷重たわみ温度－２０℃以下の温度で行うことが好ましく、荷重たわみ温度－３０℃以下の温度で行うことがより好ましく、荷重たわみ温度－８０℃以上の温度で行うことが好ましく、荷重たわみ温度－６０℃以上の温度で行うことがより好ましく、荷重たわみ温度－４０℃以上の温度で行うことが更に好ましい。加熱温度を上記上限値以下にすれば、微細な流路が変形するのを十分に抑制することができるからである。また、加熱温度を上記下限値以上にすれば、製造後初期の接合強度を十分に高めることができるからである。
　なお、本発明において、「荷重たわみ温度」は、ＪＩＳ ７１９１（フラットワイズ、Ａ法）に準拠して測定することができる。
－加圧－
　更に、工程（Ｂ）において、流体を介して流路基板および蓋基板の積層体を加圧する際の圧力は、特に限定されることなく、例えば０．２ＭＰａ以上とすることが好ましく、０．５ＭＰａ以上とすることがより好ましく、０．７ＭＰａ以上とすることが更に好ましく、１．５ＭＰａ以下とすることが好ましく、１．０ＭＰａ以下とすることがより好ましい。圧力を上記上限値以下にすれば、微細な流路が変形するのを十分に抑制することができるからである。また、圧力を上記下限値以上にすれば、製造後初期の接合強度を十分に高めることができるからである。
［加熱下での弾性体を介した加圧］
　また、接合面同士を重ね合わせて得られた流路基板および蓋基板の積層体を加熱下において弾性体を介して加圧する場合、弾性体としては、デュロメータ硬さがＥ２０以下の弾性体を使用する。なお、弾性体を介して加圧される積層体は、減圧および密封された袋内に収容されていてもよいし、収容されていなくてもよい。
－弾性体－
　ここで、弾性体としては、デュロメータ硬さがＥ２０以下の弾性体を使用する必要があり、弾性体のデュロメータ硬さは、Ｅ５以下であることが好ましい。弾性体のデュロメータ硬さを上記上限値以下にすれば、製造後初期の接合強度に優れ、且つ、微細な流路の変形が抑制された樹脂製のマイクロ流路チップを製造することができる。
－加熱－
　そして、弾性体を使用する場合において、流路基板および蓋基板の積層体の加熱は、流体を使用する場合と同様に、通常、流路基板および蓋基板の材料として用いられている樹脂の荷重たわみ温度未満の温度で行われ、荷重たわみ温度－２０℃以下の温度で行うことが好ましく、荷重たわみ温度－３０℃以下の温度で行うことがより好ましく、荷重たわみ温度－８０℃以上の温度で行うことが好ましく、荷重たわみ温度－６０℃以上の温度で行うことがより好ましく、荷重たわみ温度－４０℃以上の温度で行うことが更に好ましい。加熱温度を上記上限値以下にすれば、微細な流路が変形するのを十分に抑制することができるからである。また、加熱温度を上記下限値以上にすれば、製造後初期の接合強度を十分に高めることができるからである。
－加圧－
　更に、弾性体を使用する場合において、弾性体を介した流路基板および蓋基板の積層体の加圧は、積層体の積層方向の少なくとも一方側に配置した弾性体を使用し、弾性体で積層体を積層方向に押圧することにより行うことができる。また、弾性体を介して積層体を加圧する際の圧力は、特に限定されることなく、例えば０．２ＭＰａ以上とすることが好ましく、０．５ＭＰａ以上とすることがより好ましく、０．７ＭＰａ以上とすることが更に好ましく、１．５ＭＰａ以下とすることが好ましく、１．０ＭＰａ以下とすることがより好ましい。圧力を上記上限値以下にすれば、微細な流路が変形するのを十分に抑制することができるからである。また、圧力を上記下限値以上にすれば、製造後初期の接合強度を十分に高めることができるからである。
　なお、上述した弾性体を用いた加圧は、例えば、市販の加圧装置（例えば、日機装株式会社製、「アイソボンダー＆ドライラミネーター」などの弾性体ヘッドプレス）等を用いて行うことができる。
　以下、本発明について実施例を用いて更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
　実施例および比較例において製造したマイクロ流路チップの性能は、それぞれ以下の方法を使用して評価した。
＜初期接合強度＞
　作製した接合強度測定用試験片について、支持台の支点間距離を６０ｍｍとした以外はＪＩＳ Ｋ７１７１に準拠して、三点曲げ試験を行った。なお、および接合強度測定用試験片は、流路基板が圧子側、接合強度測定用の蓋基板が支持台側になるようにして支持台の中央に設置した。
　５個の接合強度測定用試験片について三点曲げ試験を行い、最大荷重（接合面が剥離したときの荷重に相当）の平均値を接合強度とした。そして、以下の基準に従って評価した。接合強度が大きいほど、製造後初期の接合強度に優れていることを示す。
　Ａ：接合強度が１５Ｎ以上
　Ｂ：接合強度が５Ｎ以上１５Ｎ未満
　Ｃ：接合強度が５Ｎ未満
　Ｄ：接合強度測定用試験片がハンドリング中に剥離
＜液にじみ＞
　５個のサンプルについて、作製したマイクロ流路チップの各流路に、マイクロピペットを用いて、インク水溶液を注入口より注入した。そして、流路から接合部へのインク水溶液のにじみの有無を目視により確認した。
＜流速バラつき＞
　１０個のサンプルについて、作製したマイクロ流路チップの各流路に、マイクロピペットを用いて、インク水溶液を一方の注入口より２．０μＬ注入した。そして、他方の注入口まで到達する時間を測定し、平均値と標準偏差から変動係数を算出した。そして、以下の基準に従って評価した。変動係数が大きいほど、製造過程において流路の変形が生じ、流路間での流速のバラツキが大きくなっていることを示す。
　Ａ：変動係数が５％未満
　Ｂ：変動係数が５％以上１０％未満
　Ｃ：変動係数が１０％以上
＜耐久試験後接合強度＞
　作製した接合強度測定用試験片を、温度６０℃、相対湿度９０％、大気圧の恒温恒湿環境下に１６８時間（１週間）曝し、耐久試験を行った。
　その後、上記＜初期接合強度＞と同様にして耐久試験後の接合強度を測定し、以下の基準に従って評価した。耐久試験後接合強度が大きいほど、長期に亘って優れた接合強度を発揮することを示す。
　Ａ：接合強度が１５Ｎ以上
　Ｂ：接合強度が５Ｎ以上１５Ｎ未満
　Ｃ：接合強度が５Ｎ未満
＜光学的安定性＞
　５個のサンプルについて、作製したマイクロ流路チップの流路が形成されていない接合面部分において、波長４００ｎｍの光の光線透過率を、紫外可視分光光度計（日本分光社製、製品名：ＵＶ－ＶＩＳ Ｖ５７０）を用いて測定した。
　その後、マイクロ流路チップを、温度６０℃、相対湿度９０％、大気圧の恒温恒湿環境下に１６８時間（１週間）曝し、耐久試験を行った。
　そして、耐久試験後のマイクロ流路チップについて、波長４００ｎｍの光の光線透過率を上記と同様にして測定し、耐久試験前後での光線透過率の変化率（＝（耐久試験後の光線透過率平均値－初期の光線透過率平均値）／初期の光線透過率平均値×１００％）を算出し、以下の基準に従って評価した。光線透過率の変化率が小さいほど、外観の経時変化が少なく、光学的安定性に優れていることを示す。
　Ａ：変化率が２％未満
　Ｂ：変化率が２％以上
（実施例１）
＜基板の準備＞
　環状オレフィン系樹脂（ＣＯＰ）（日本ゼオン製、ＺＥＯＮＥＸ（登録商標）６９０Ｒ、ノルボルネン系単量体の開環重合体水素化物、荷重たわみ温度：１３６℃、吸水率：０．０１質量％以下）からなる樹脂製基板（厚さ：１．０ｍｍ、外形：７６．０ｍｍ×２６．０ｍｍ）の片面に、図１（ａ）に示すようなパターンで４本の流路１１（幅：２００μｍ、深さ１００μｍ）を形成し、流路基板１０とした。
　また、環状オレフィン系樹脂（日本ゼオン製、ＺＥＯＮＥＸ（登録商標）６９０Ｒ、ノルボルネン系単量体の開環重合体水素化物、荷重たわみ温度：１３６℃、吸水率：０．０１質量％以下）からなる樹脂製基板（厚さ：１．０ｍｍ、外形：７６．０ｍｍ×２６．０ｍｍ）に対し、図１（ｂ）に示すように直径２．０ｍｍの貫通孔２１（注入口）を８個形成し、蓋基板２０とした。なお、貫通孔２１の位置は、流路基板１０の流路１１の端部１２に対応する位置とした。
＜表面改質処理＞
　流路基板１０の流路１１を形成した側の表面（接合面）には、常圧プラズマ表面処理装置（積水化学社製、ＡＰ－Ｔ０３－Ｌ）を用いて、出力１．５ｋＷ、周波数２５ｋＨｚ、窒素ガス流量５０Ｌ／分、照射速度３０ｃｍ／分で大気圧プラズマ照射を行った後に、シランカップリング剤として３－アミノプロピルトリメトキシシラン（ＫＢＭ－９０３；信越化学社製）を塗布することにより、表面改質処理を行った。また、蓋基板２０の一方の表面（接合面）には、流路基板１０と同様にして大気圧プラズマ照射を行った後に、シランカップリング剤として３－グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（信越化学社製、ＫＢＭ－４０３）を塗布することにより、表面改質処理を行った。
＜接合＞
　流路基板１０の接合面と蓋基板２０の接合面とを、流路１１の端部１２の位置と貫通孔２１の位置とが一致するように重ね合わせ、積層体を得た。
　次に、得られた積層体をＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレートフィルム）／ＯＮＹ（二軸延伸ナイロンフィルム）／ＣＰＰ（無延伸ポリプロピレンフィルム）製の袋に収容し、袋の内部を真空包装機で圧力１ｋＰａ（絶対圧）まで減圧して、袋の開口部をヒートシールで密封した。
　その後、流路基板１０と蓋基板２０との積層体を袋ごとオートクレーブ内に設置し、空気雰囲気下、温度１００℃（荷重たわみ温度－３６℃）、圧力０．８ＭＰａで３０分間加熱および加圧して、流路基板１０と蓋基板２０とを接合させた。
　そして、流路基板１０と蓋基板２０とを接合させて得られたマイクロ流路チップについて、各種評価を行った。結果を表１に示す。
＜接合強度測定用試験片の作製＞
　上記と同様にして、流路基板１０を準備し、流路１１を形成した側の表面（接合面）に表面改質処理と行った。
　また、接合強度測定用の蓋基板として、環状オレフィン系樹脂（日本ゼオン製、ＺＥＯＮＥＸ（登録商標）６９０Ｒ、ノルボルネン系単量体の開環重合体水素化物、荷重たわみ温度：１３６℃、吸水率：０．０１質量％以下）からなる樹脂製基板（厚さ：１．０ｍｍ、外形：４０．０ｍｍ×２６．０ｍｍ）を準備した。そして、接合強度測定用の蓋基板の一方の表面（接合面）に対し、流路基板１０と同様にして大気圧プラズマ照射を行った後に、シランカップリング剤として３－グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（信越化学社製、ＫＢＭ－４０３）を塗布することにより、表面改質処理を行った。
　そして、流路基板１０の接合面と接合強度測定用の蓋基板の接合面とを、各基板の長手方向中央の位置を一致させて重ね合わせて積層体とした以外は上記と同様にして流路基板１０と接合強度測定用の蓋基板とを接合させ、接合強度測定用試験片を得た。そして、接合強度測定用試験片を用いて接合強度の評価を行った。結果を表１に示す。
（実施例２）
　接合時に、オートクレーブに変えて、加圧ヘッド部と被加圧体との間に弾性体（デュロメータ硬さ：Ｅ５）を有する弾性体ヘッドプレスを使用し、袋に収容していない積層体を積層方向に温度１００℃（荷重たわみ温度－３６℃）、圧力０．８ＭＰａで３０分間加熱および加圧して流路基板と蓋基板とを接合させた以外は実施例１と同様にして、マイクロ流路チップおよび接合強度測定用試験片を製造した。そして、実施例１と同様にして各種評価を行った。結果を表１に示す。
（実施例３）
　表面改質処理時に、大気圧プラズマ照射およびシランカップリング剤の塗布に替えて接合面への真空紫外線の照射（発光波長：１７２ｎｍ、照射距離：５ｍｍ、照射強度：１０ｍＷ／ｃｍ２、照射時間：１０分）を行った以外は実施例１と同様にして、マイクロ流路チップおよび接合強度測定用試験片を製造した。そして、実施例１と同様にして各種評価を行った。結果を表１に示す。
（実施例４～５）
　接合時の温度を、それぞれ、１２０℃（荷重たわみ温度－１６℃）（実施例４）および７０℃（荷重たわみ温度－６６℃）（実施例５）に変更した以外は実施例１と同様にして、マイクロ流路チップおよび接合強度測定用試験片を製造した。そして、実施例１と同様にして各種評価を行った。結果を表１に示す。
（実施例６）
　接合時に袋の内部の圧力を１５ｋＰａ（絶対圧）に変更した以外は実施例１と同様にして、マイクロ流路チップおよび接合強度測定用試験片を製造した。そして、実施例１と同様にして各種評価を行った。結果を表１に示す。
（実施例７）
　基板の準備時に、環状オレフィン系樹脂からなる樹脂製基板に替えてポリカーボネート系樹脂（ＰＣ）（三菱化学製ユーピロンＨ－４０００、荷重たわみ温度：１３６℃、吸水率：０．２４質量％）からなる樹脂製基板（厚さ：１．０ｍｍ、外形：７６．０ｍｍ×２６．０ｍｍまたは４０．０ｍｍ×２６．０ｍｍ）を使用した以外は実施例１と同様にして、マイクロ流路チップおよび接合強度測定用試験片を製造した。そして、実施例１と同様にして各種評価を行った。結果を表１に示す。
（比較例１）
　接合時に、オートクレーブに変えて平板プレス機（加圧ヘッド：金属板）を使用し、袋に収容していない積層体を積層方向に温度１００℃（荷重たわみ温度－３６℃）、圧力０．８ＭＰａで３０分間加熱および加圧して流路基板と蓋基板とを接合させた以外は実施例１と同様にして、マイクロ流路チップおよび接合強度測定用試験片を製造した。そして、実施例１と同様にして各種評価を行った。なお、流速バラつきは液漏れにより測定できなかった。結果を表１に示す。
（比較例２）
　接合時の圧力を５．０ＭＰａに変更した以外は比較例１と同様にして、マイクロ流路チップおよび接合強度測定用試験片を製造した。そして、実施例１と同様にして各種評価を行った。結果を表１に示す。
（比較例３）
　表面改質処理を行わなかった以外は実施例１と同様にして、マイクロ流路チップおよび接合強度測定用試験片を製造した。そして、実施例１と同様にして各種評価を行った。なお、初期接合強度以外の項目は流路基板と蓋基板とが剥離して評価できなかった。結果を表１に示す。
（比較例４）
　弾性体のデュロメータ硬さをＥ２５に変更した以外は実施例２と同様にして、マイクロ流路チップおよび接合強度測定用試験片を製造した。そして、実施例１と同様にして各種評価を行った。なお、流速バラつきは液漏れにより測定できなかった。結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１より、実施例１～７では、製造後初期の接合強度に優れ、且つ、微細な流路の変形が抑制された樹脂製のマイクロ流路チップが得られることが分かる。一方、比較例１および３では、製造後初期の接合強度が低下してしまい、比較例２では、流路の変形が抑制できないことが分かる。また、比較例１および４では、流路基板と蓋基板とを良好に接合できず、液にじみが起きてしまうことが分かる。
　本発明によれば、製造後初期の接合強度に優れ、且つ、微細な流路の変形が抑制された樹脂製のマイクロ流路チップを製造することができる。
１０　流路基板
１１　流路
１２　両端部
２０　蓋基板
２１　貫通孔

Claims (6)

  1. 　少なくとも一方の表面に微細な流路を形成した樹脂製の流路基板と、樹脂製の蓋基板とを接合してマイクロ流路チップを製造する方法であって、
    　前記流路基板および前記蓋基板の接合面に表面改質処理を施す工程（Ａ）と、
    　前記工程（Ａ）の後に、前記流路基板の接合面と前記蓋基板の接合面とを重ね合わせ、加熱下、流体またはデュロメータ硬さがＥ２０以下の弾性体を介して前記流路基板および前記蓋基板を加圧する工程（Ｂ）と、
    を含む、マイクロ流路チップの製造方法。
  2. 　前記流路基板および前記蓋基板が環状オレフィン系樹脂からなる、請求項１に記載のマイクロ流路チップの製造方法。
  3. 　前記工程（Ａ）において、シランカップリング剤を用いて前記表面改質処理を施す、請求項１または２に記載のマイクロ流路チップの製造方法。
  4. 　前記工程（Ｂ）において、オートクレーブを使用し、前記流体を介して前記流路基板および前記蓋基板を加圧する、請求項１～３の何れかに記載のマイクロ流路チップの製造方法。
  5. 　前記工程（Ｂ）において、重ね合わせた前記流路基板および前記蓋基板を袋に収容し、前記袋の内部を減圧して密封した後、前記袋に密封された前記流路基板および前記蓋基板をオートクレーブ内に設置し、前記流体を介して前記流路基板および前記蓋基板を加圧する、請求項４に記載のマイクロ流路チップの製造方法。
  6. 　前記工程（Ａ）において、シランカップリング剤を用いて前記表面改質処理を施す、請求項５に記載のマイクロ流路チップの製造方法。
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