(57)【要約】  本発明のフィルターデバイスは、物質が含まれた溶液を投入するための第一のポートと、第一のポートにつながる第一の流路とを備える。第一の流路内の少なくとも一部には無機酸化物からなる複数の繊維状物質からなるフィルター部が構成され。複数の繊維状物質はその直径分布の極大値が一つである。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物質が含まれた溶液を投入するための第一のポートと、
前記第一のポートにつながる第一の流路とを備え、
前記第一の流路内の少なくとも一部には無機酸化物からなる複数の繊維状物質からなるフィルター部が構成され、前記複数の繊維状物質はその直径分布の極大値が一つである、フィルターデバイス。
【請求項２】
前記第一の流路内には複数の前記フィルター部が形成されている、請求項１に記載のフィルターデバイス。
【請求項３】
前記フィルター部は前記複数の繊維状物質から形成された空隙を有し、前記空隙は前記複数のフィルター部それぞれで異なり、前記第一の流路の下流にいくに従って狭くなる、請求項２に記載のフィルターデバイス。
【請求項４】
前記第一の流路には第二のポートが接続されている、請求項１に記載のフィルターデバイス。
【請求項５】
前記第一の流路には第二の流路が接続されている、請求項１に記載のフィルターデバイス。
【請求項６】
キャピラリと、
前記キャピラリの内部に、前記キャピラリ内を流れる物質が含まれた溶液が接するように設けられたフィルターチップとからなる、フィルターデバイスであって、
前記フィルターチップは、
薄板と、
前記薄板の上方の第一の表面と前記第一の表面に対向するように設けられた第二の表面とを貫通し、前記キャピラリ内を流れる溶液が必ず通過するように設けられた複数の貫通孔とを備え、
前記複数の貫通孔の上方あるいは下方には、無機酸化物からなる複数の繊維状物質からなるフィルター部が構成され、前記複数の繊維状物質はその直径分布の極大値が一つである、フィルターデバイス。
【請求項７】
前記フィルター部は、前記複数の繊維状物質により、前記第一の表面と、前記複数の貫通孔の前記第一の表面に開口された前記開口部の上方を被覆するように設けられている請求項６に記載のフィルターデバイス。
【請求項８】
前記フィルター部は、前記複数の繊維状物質により、前記第二の表面と、前記複数の貫通孔の前記第二の表面に開口された前記開口部の下方を被覆するように設けられている請求項６に記載のフィルターデバイス。
【請求項９】
前記繊維状物質は、前記貫通孔の内壁にも形成されている請求項６に記載のフィルターデバイス。
【請求項１０】
前記フィルターチップの上方形状は円形である請求項６に記載のフィルターデバイス。
【請求項１１】
前記薄板の前記第一の表面に保持部を形成した請求項６に記載のフィルターデバイス。
【請求項１２】
前記保持部は上面から前記薄板に向かって、前記保持部に囲まれた領域が狭くなるようなテーパが形成されている請求項１１に記載のフィルターデバイス。
【請求項１３】
前記保持部に囲まれた領域に前記繊維状物質が形成されている請求項１１に記載のフィルターデバイス。
【請求項１４】
前記保持部の内壁には少なくとも一つ以上の突起部が設けられた請求項１１に記載のフィルターデバイス。
【請求項１５】
前記保持部の内壁には少なくとも一つ以上の鋭角の窪み部が設けられた請求項１１に記載のフィルターデバイス。
【請求項１６】
前記貫通孔の内壁に保護膜を形成した請求項６に記載のフィルターデバイス。
【請求項１７】
前記薄板はエッチングレート差の大きな２種類以上の材料が積層されている請求項６に記載のフィルターデバイス。
【請求項１８】
前記薄板がシリコンとボロンドープ層からなる請求項６に記載のフィルターデバイス。
【請求項１９】
前記フィルターチップの外壁面が凹凸形状を有している請求項６に記載のフィルターデバイス。
【請求項２０】
前記キャピラリの内部には複数の前記フィルターチップが備えられている、請求項６に記載のフィルターデバイス。
【請求項２１】
前記フィルター部は前記複数の繊維状物質から形成された空隙を有し、前記空隙は前記複数のフィルターチップそれぞれで異なり、前記キャピラリの下流にいくに従って狭くなる、請求項２０に記載のフィルターデバイス。
【請求項２２】
前記フィルターチップを形成するための基材として、ＳＯＩ基板を用い、一端のシリコン層を全て前記繊維状物質の原料として用いることにより前記繊維状物質を形成し、形成された前記繊維状物質と、二酸化シリコン層とが直接接合している請求項６に記載のフィルターデバイス。
【請求項２３】
キャピラリと、
前記キャピラリの内部に、前記キャピラリ内を流れる物質が含まれた溶液が接するように設けられたフィルターチップとからなる、フィルターデバイスであって、
前記フィルターチップを形成するための基材として、ＳＯＩ基板を用い、一端のシリコン層を全て繊維状物質の原料として用いることにより無機酸化物からなる複数の繊維状物質からなるフィルター部が構成され、前記複数の繊維状物質はその直径分布の極大値が一つであり、前記繊維状物質と、二酸化シリコン層とが直接接合しているフィルターデバイス。
【請求項２４】
前記フィルター部は前記複数の繊維状物質から形成された空隙を有し、前記空隙は下流にいくに従って狭くなる請求項１あるいは請求項６のいずれか１項に記載のフィルターデバイス。
【請求項２５】
前記複数の繊維状物質は絡まりあっており、前記空隙の大きさが３〜６μｍである請求項１あるいは請求項６のいずれか１項に記載のフィルターデバイス。
【請求項２６】
前記空隙のアスペクト比が２以上である請求項１あるいは請求項６のいずれか１項に記載のフィルターデバイス。
【請求項２７】
前記繊維状物質は、複数の方向へ枝分かれし枝分かれ部を形成している請求項１あるいは請求項６のいずれか１項に記載のフィルターデバイス。
【請求項２８】
前記繊維状物質は、アモルファスの二酸化シリコンを主成分とした請求項１あるいは請求項６のいずれか１項に記載のフィルターデバイス。
【請求項２９】
前記繊維状物質は、一酸化シリコンを原料として形成されている請求項１あるいは請求項６のいずれか１項に記載のフィルターデバイス。
【請求項３０】
前記繊維状物質は、ＶＳＤ法によって形成されている請求項１あるいは請求項６のいずれか１項に記載のフィルターデバイス。
【請求項３１】
前記物質が含まれた溶液として全血あるいは赤血球を含む生体由来溶液を用い、
前記フィルター部にて白血球を捕捉させ前記赤血球を貫通させることによって、前記赤血球を抽出させる請求項１あるいは請求項６のいずれか１項に記載のフィルターデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は溶液から特定の物質のみを抽出するために用いられるフィルターデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の物質が含まれるサンプル試料から特定の物質（被検体）のみを分離することは、様々な分野において必要とされている。しかし、特に被検体の存在割合が低い場合、多くの物質が存在する試料溶液中から特定の物質のみを検出することは困難である。【０００３】
例えば、石英からなる第一の基板の表面にドライエッチングやウェットエッチングなどの化学的処理や、あるいはレーザー、イオンビームなどによるエネルギー線照射処理による加工処理を施し、島状の柱状物を複数形成する。その後、この柱状物を密閉させるようにシリコンからなる第二の基板で接合する。これにより、第一の基板と第二の基板とで密閉された島状の柱状物の隙間をフィルター流路として用いることが開示されている（例えば、特許文献１参照）。【０００４】
また、第一の基板の表面には流路溝が形成され、この流路溝に複数の繊維状突起物からなる繊維状層が開口部まで設けられたデバイスが開示されている（例えば、特許文献２参照）。【０００５】
また、繊維径が０．０２μｍ以上０．８μｍ未満の極細繊維を０．５重量％以上５０重量％未満含有する白血球除去材料であって、この極細繊維によって真円度が１．７以下、円換算径が１μｍ以上２０μｍ未満の網目状構造を形成していることを特徴とする白血球除去材料が開示されている（例えば、特許文献３参照）。【０００６】
また、繊維径が０．１μｍ以上０．６μｍ未満の極細繊維を５重量％以上２０重量％未満含有する白血球除去材であって、この極細繊維は湾曲度が１．２以上であることを特徴とする白血球除去材が開示されている（例えば、特許文献４参照）。【０００７】
しかしながら、特に、多くの物質が存在する少量の溶液から特定の被検体のみを抽出させることは困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−２３９３１７号公報
【特許文献２】国際公開第２０１０／０８２２７９号
【特許文献３】特開平１１−１２１８１号公報
【特許文献４】特開平１１−１２１８０号公報
【発明の概要】
【０００９】
本発明のフィルターデバイスは、物質が含まれた溶液を投入するための第一のポートと、第一のポートにつながる第一の流路とを備える。第一の流路内の少なくとも一部には無機酸化物からなる複数の繊維状物質からなるフィルター部が構成される。複数の繊維状物質はその直径分布の極大値が一つである。
【００１０】
本発明によれば、フィルター率が高く、かつ選択的に抽出物を抽出し、容易に使用が可能なフィルターデバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１におけるフィルターデバイスの上面図である。
【図２】図２は、図１におけるフィルターデバイスの２−２断面図である。
【図３】図３は、実施の形態１におけるフィルターデバイスの要部拡大ＳＥＭ写真を示す図である。
【図４】図４は、実施の形態１におけるフィルターデバイスの繊維状物質の直径分布を示す図である。
【図５】図５は、実施の形態１におけるフィルターデバイスの要部拡大ＳＥＭ写真を示す図である。
【図６】図６は、実施の形態１におけるフィルターデバイスの要部拡大ＳＥＭ写真を示す図である。
【図７Ａ】図７Ａは、実施の形態１におけるフィルターデバイスの要部拡大ＳＥＭ写真を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、実施の形態１におけるフィルター部の空隙の形状の一例を示す図である。
【図８】図８は、実施の形態１におけるフィルターデバイスの上面図である。
【図９】図９は、実施の形態１におけるフィルターデバイスの上面図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態２におけるフィルターデバイスの上面図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態３におけるフィルターデバイスの斜視図である。
【図１２】図１２は、実施の形態３におけるフィルターデバイスの断面図である。
【図１３】図１３は、実施の形態３におけるフィルターデバイスの断面図である。
【図１４】図１４は、実施の形態３におけるフィルターデバイスの要部拡大上面図である。
【図１５】図１５は、実施の形態３におけるフィルターデバイスの要部拡大上面図である。
【図１６】図１６は、実施の形態３におけるフィルターデバイスの要部拡大断面図である。
【図１７】図１７は、実施の形態３におけるフィルターデバイスの要部拡大断面図である。
【図１８】図１８は、実施の形態３におけるフィルターデバイスの要部拡大断面図である。
【図１９】図１９は、実施の形態３におけるフィルターデバイスの要部拡大断面図である。
【図２０】図２０は、実施の形態３におけるフィルターデバイスの製造工程を示す断面図である。
【図２１】図２１は、実施の形態３におけるフィルターデバイスの製造工程を示す断面図である。
【図２２】図２２は、実施の形態３におけるフィルターデバイスの製造工程を示す断面図である。
【図２３】図２３は、実施の形態３におけるフィルターデバイスの製造工程を示す断面図である。
【図２４】図２４は、実施の形態３におけるフィルターデバイスの製造工程を示す断面図である。
【図２５】図２５は、実施の形態３におけるフィルターデバイスの製造工程を示す断面図である。
【図２６】図２６は、実施の形態３におけるフィルターデバイスの製造工程を示す断面図である。
【図２７】図２７は、実施の形態３におけるフィルターデバイスの製造工程を示す断面図である。
【図２８】図２８は、実施の形態３におけるフィルターデバイスの要部拡大斜視図である。
【図２９】図２９は、本発明の実施の形態４におけるフィルターデバイスの要部拡大断面図である。
【図３０】図３０は、実施の形態４におけるフィルターデバイスの要部拡大断面図である。
【図３１】図３１は、本発明の実施の形態５におけるフィルターデバイスの要部拡大断面図である。
【図３２】図３２は、実施の形態５におけるフィルターデバイスの製造工程を示す断面図である。
【図３３】図３３は、実施の形態５におけるフィルターデバイスの製造工程を示す断面図である。
【図３４】図３４は、実施の形態５におけるフィルターデバイスの製造工程を示す断面図である。
【図３５】図３５は、実施の形態５におけるフィルターデバイスの製造工程を示す断面図である。
【図３６】図３６は、実施の形態５におけるフィルターデバイスの製造工程を示す断面図である。
【図３７】図３７は、実施の形態５におけるフィルターデバイスの製造工程を示す断面図である。
【図３８】図３８は、実施の形態５におけるフィルターデバイスの製造工程を示す断面図である。
【図３９】図３９は、実施の形態５におけるフィルターデバイスの要部拡大断面図である。
【図４０】図４０は、実施の形態５におけるフィルターデバイスの要部拡大断面図である。
【図４１】図４１は、本発明の実施の形態６におけるフィルターデバイスの上面図である。
【図４２】図４２は、実施の形態６におけるフィルターデバイスの上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１におけるフィルターデバイスについて説明する。なお、各実施の形態において先行する実施の形態と同様の構成をなすものは同じ符号を付して説明し、詳細な説明を省略する場合がある。また、本発明は以下の各実施の形態に限定されるものではない。
【００１３】
図１は本実施の形態におけるフィルターデバイスの上面図、図２は図１におけるフィルターデバイスの２−２断面図、図３は本実施の形態におけるフィルターデバイスの要部拡大ＳＥＭ写真を示す図である。図１に示すように、本実施の形態のフィルターデバイス１００は、第一のポート１１２と、第一の流路１１３とを備える。第一のポート１１２は、基板１１１に形成され、物質が含まれた溶液を投入するためのポートである。第一の流路１１３は、この第一のポート１１２につながる。さらに図２に示すように、この第一の流路１１３は、第一のポート１１２から流れてきた物質が含まれた溶液から特定の成分を分離するためのフィルター部１１４を備えている。フィルター部１１４は、例えば、全血あるいは赤血球を含む生体由来溶液から赤血球を分離するためのフィルターである。このフィルター部１１４は、無機酸化物からなる複数の繊維状物質１１５からなる。図３に示すように、それぞれの繊維状物質１１５の直径にばらつきがなく、フィルター部１１４は、複数の繊維状物質１１５が絡み合うことによって空隙を有する。フィルター部１１４は、第一の流路１１３全体に形成されている。
【００１４】
フィルター部１１４は、複数の繊維状物質１１５が絡みあって形成される。これにより、溶液中に含まれる固体物質のうち、その最大直径が繊維状物質１１５間の空隙よりも大きいものがろ過物として繊維状物質１１５により捕捉される。そして、繊維状物質１１５間の空隙よりも小さいものが被検体として繊維状物質１１５間を通過していく。これにより、フィルター部１１４は、溶液中の被検体とろ過物とを分離することができる。ただし、繊維状物質１１５間の空隙よりも大きいものであっても、その溶質が容易に変形できるものであれば、被検体として抽出することが可能である。
【００１５】
図４は、本実施の形態におけるフィルターデバイスの繊維状物質の直径分布を示す図である。なお、繊維状物質１１５の直径分布は、走査型電子顕微鏡にて繊維状物質１１５を測長し算出した。
【００１６】
図４に示すように、繊維状物質１１５はその直径分布の極大値が一つであり、直径にばらつきがなく、直径の大きく異なる複数の繊維状物質１１５が含まれないことが分かる。
【００１７】
また、このように、繊維状物質１１５の直径が一定であれば、フィルター部１１４の空隙の面積が一定に保持される。このため、繊維状物質１１５の直径を図４のように制御することで、フィルター部１１４のどの位置においても安定したフィルタリング効果を有する。
【００１８】
直径の大きく異なる繊維状物質、すなわち、太い繊維状物質と細い繊維状物質とを混合してフィルター部を形成させた場合では、それらの繊維状物質が上手く分散していない時に、大きな空隙を形成させる場合がある。そのように形成された大きな空隙が連続している場合、分離能が低下する。しかし、直径にばらつきがない極細の繊維状物質１１５によりフィルター部１１４が形成されていることによって、連続的につながった大きな空隙を形成しにくくなる。その結果、均一的な大きさの空隙を形成させることができる。
【００１９】
図５は、本実施の形態のフィルターデバイスの要部拡大ＳＥＭ写真を示す図である。図３、図５に示すように、繊維状物質１１５がそれぞれ湾曲し、互いに絡み合っていることによって、第一の流路１１３内において、さまざまな方向からの隙間が埋まりやすいようにフィルター部１１４が形成されている。また、アスペクト比の高い繊維状物質１１５が互いに絡み合うように密集してフィルター部１１４が形成されている。そのために、繊維状物質１１５が多方向に空隙を有する。これにより、様々な角度からのろ過物を吸着させることが可能となり、フィルターデバイス１００の信頼性を向上することが可能となる。
【００２０】
複数の繊維状物質１１５は、互いに絡み合うように密集し形成されているものだけでなく、図５に示すように、一本の繊維状物質１１５が屈曲することによって、一部が丸くなったものが混在して形成されていてもよい。このような構造を持つことによって、フィルター部１１４の強度が向上する。
【００２１】
なお、図５に示すように、繊維状物質１１５には、屈曲部、特に鋭角の屈曲部を複数持っているもの、コイル状のものも含まれる。繊維状物質１１５は、このような構造を持つことによって、屈曲部分において、ろ過物を捕捉させることが可能となる。
【００２２】
図６は、本実施の形態のフィルターデバイスの要部拡大ＳＥＭ写真を示す図である。図６に示すように、複数の繊維状物質１１５は枝分かれし、枝分かれ部１１６を形成させていることが好ましい。特に複数の方向へ枝分かれを形成させていることが好ましい。枝分かれ部１１６において、ろ過物を捕捉させることが可能となる。
【００２３】
このように、複数の繊維状物質１１５は、互いに絡み合うように密集し形成されているものだけでなく、自由な方向へ枝分かれしているものが混在して形成されていてもよい。複数の繊維状物質１１５が互いに絡み合い、もしくは枝分かれをすることで、複数の繊維状物質１１５から形成されるフィルター部１１４が強固に構成される。
【００２４】
また、図６に示すように、繊維状物質１１５ａと枝分かれ部１１６より成長した繊維状物質１１５ｂとからなる鋭角の空隙は、その空隙面が第一の流路１１３の上流方向（図１の第一のポート１１２の方向）に対向して形成されていることが好ましい。上記構成によって、第一の流路１１３を流れるろ過物が、鋭角の空隙に捕捉されやすくなり、フィルタリング効果を向上することができる。
【００２５】
図７Ａは、本実施の形態におけるフィルターデバイスの要部拡大ＳＥＭ写真を示す図、図７Ｂは、本実施の形態におけるフィルター部の空隙の形状の一例を示す図である。
【００２６】
図７Ａに示すように、繊維状物質１１５と繊維状物質１１５とからなる空隙のアスペクト比が大きいことが好ましい。空隙のアスペクト比の算出は、画像解析装置などの装置を用いて繊維状物質１１５によって形成された空隙の二次元形状を読み取ることによって行われる。そして、図７Ｂに示すように、空隙内の面積が最も大きくなるような四角形を読み取る。そのときの長辺をＡ、短辺をＢとするとき、Ａ／Ｂがアスペクト比として算出できる。なお、図７Ｂに示すように、近接する空隙の内周線が１００ｎｍ以下の場合は、被検体を通すことが不可能であるため、閉じた空間であると仮定する。また辺の長さはＡ＞Ｂである、少なくともＢは５００ｎｍ以上としなければならない。
【００２７】
また、例えば、溶液として血液あるいは赤血球を含む生体由来溶液を用い、赤血球を被検体対象として抽出するようにフィルターデバイス１００を用いる場合、球体形状の白血球に比べ扁平形状でかつ変形能の大きい赤血球のみがアスペクト比の大きい空隙を通り抜けることが可能となる。従って、繊維状物質１１５と繊維状物質１１５とからなる空隙の形状は、円形や正方形のようなアスペクト比が１に近いものよりも、楕円形や長方形のようなアスペクト比が１よりも大きいものの方が好ましい。空隙をこのような形状にすることで、白血球と赤血球をより確実に分離することができる。より好ましくは、繊維状物質１１５と繊維状物質１１５とからなる空隙のアスペクト比は２以上であることが好ましい。
【００２８】
なお、フィルター部１１４の、繊維状物質１１５と繊維状物質１１５とからなる空隙の大きさは、３μｍから６μｍであることが望ましい。例えば、溶液として血液あるいは赤血球を含む生体由来溶液を用い、赤血球を被検体対象として抽出するようにフィルターデバイス１００を用いる場合、赤血球の大きさは直径が７μｍから８μｍであり、赤血球はそれ自身の直径の半分以下の径の狭い毛細血管にも入り込み通過することができる。白血球の大きさは６μｍから３０μｍの球体形状であり、扁平形状の赤血球よりも変形性は小さい。空隙の大きさが、３μｍから６μｍの領域では、赤血球のみを通過させることが可能となる。空隙の大きさが６μｍよりも大きい場合は、白血球もフィルター部１１４を通過してしまうため好ましくない。
【００２９】
第一の流路１１３に備えられた繊維状物質１１５は、例えば、酸化珪素、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化スズ、酸化亜鉛、といった無機酸化物からなり、それぞれの繊維状物質の太さは、０．０１〜１μｍ程度である。
【００３０】
また、繊維状物質１１５は無機酸化物からなるため、耐熱性、耐薬品性に優れるので、高分子材料では耐えられない温度や、薬品であっても使用可能となる。
【００３１】
なお、繊維状物質１１５は、酸化珪素を主成分とした酸化物からなり、好ましくはアモルファス状態の二酸化シリコンからなることが好ましい。
【００３２】
アモルファス状態の二酸化シリコンからなる繊維状物質１１５は、単結晶の二酸化シリコンからなる繊維状物質に比べ高い柔軟性を有するため折れにくい。
【００３３】
さらに二酸化シリコンは、生体適合性が高く、化学的、熱的に安定な材料であるため、表面処理も行いやすい。
【００３４】
また、試薬をフィルター部１１４に塗布させるためには有機溶剤や高温での乾燥処理を伴うケースも存在する。フィルター部１１４が二酸化シリコンからなる繊維状材料の場合、耐薬品性に優れるため、様々な性質の試薬を塗布することができる。さらに、二酸化シリコンからなる繊維状材料は、耐熱性に優れるため、高温処理時にフィルター部１１４の形状が溶融し破損することなく、試薬を塗布することができる。このように、二酸化シリコンからなる繊維状材料の場合、有機ポリマーからなる繊維状材料に比べて耐薬品性および耐熱性に優れるため、吸着物質の塗布・固着が容易となる利点も有する。
【００３５】
二酸化シリコンの変形のしにくさを表す物性値の一つであるヤング率（縦弾性係数）は３０〜７５ＧＰａ程度と、高分子系のヤング率である０．０１〜５ＧＰａよりも高い。そのため、溶液の流れ等の外力が印加されても変形しにくいため、空隙構造がフィルタリング時にも維持される。その結果、溶液の流速等に依存しない安定的なフィルタリングが可能となる。
【００３６】
ここで、第一のポート１１２及び第一の流路１１３は、基板１１１にエッチング法などにより微細加工を施した溝を形成することにより構成される。基板１１１は、例えば、ガラスやシリコン、熱酸化ＳｉＯ２、ポリシリコン、アモルファスシリコンなどの無機素材で形成することができる。あるいは、基板１１１は、ポリジメチルシロキンサン（ＰＤＭＳ）、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、環状ポリオレフィンなどの樹脂や、それらの樹脂とガラスとの複合材料からも成形することができる。また、使用した基板１１１が疎水性の材料である場合は、親水化処理などの表面処理を施すことが好ましい。
【００３７】
第一の流路１１３の幅は、目的とする物質を抽出させるために適宜調整することができる。本実施の形態のフィルターデバイス１００を全血あるいは赤血球を含む生体由来溶液から赤血球を分離抽出するために用いる場合は、第一の流路１１３の幅は、１０〜１００μｍ程度が赤血球抽出の迅速性の観点から好ましい。
【００３８】
次に本実施の形態におけるフィルターデバイス１００を用いて全血あるいは赤血球を含む生体由来溶液から赤血球を抽出する方法について説明する。
【００３９】
第一のポート１１２にサンプルとなる全血あるいは赤血球を含む生体由来溶液を投入すると、投入された全血あるいは赤血球を含む生体由来溶液は徐々に第一の流路１１３に流れていく。そして、第一の流路１１３内の、フィルター部１１４を全血が流れることによって、白血球は第一の流路１１３の第一のポート１１２に近い位置に捕捉される。ここで、フィルター部１１４には、無機酸化物からなり、その直径分布の極大値が一つである複数の繊維状物質１１５により３〜６μｍの空隙が形成されている。一方、赤血球は第一の流路１１３を徐々に流動していき、最終的に白血球とは分離した状態で第一の流路１１３内にとどまる。その結果、赤血球と白血球とを分離、抽出することができる。
【００４０】
これは、３〜６μｍの大きさの空隙を有したフィルター部１１４に向かって全血を流した場合に、白血球は変形が困難でその場にとどまり、一方で、赤血球は変形容易のため空隙をすり抜けていくことによる。フィルター部１１４に形成された空隙が６μｍよりも大きい場合は、白血球もフィルター部１１４を通過してしまうため好ましくない。
【００４１】
本実施の形態のフィルターデバイス１００を用いることによって、物質が含まれた溶液から特定物質のみを抽出させることが可能となる。特に、フィルターデバイス１００は、直径分布にばらつきの少ない繊維状物質１１５からなるフィルター部１１４を有することによって、フィルター部１１４のどの位置においても安定したフィルタリング効果を有する。
【００４２】
フィルター部１１４は、その厚みが１ｍｍ以下であっても、繊維状物質１１５が上述の形状を有することにより、小型で十分な分離性能を有することができる。なお、フィルター部１１４は、その厚みが１ｍｍよりも厚い場合は、小型化が困難となる。
【００４３】
第一のポート１１２を、その容量が少なくとも２ｍｍ３程度の大きさにすることにより、約２マイクロリットルの全血から約１０００万個の赤血球を抽出することができる。
【００４４】
そして、このように全血あるいは赤血球を含む生体由来溶液から赤血球のみを抽出させることによって、赤血球のみを対象としたギムザ染色を迅速かつ容易に行うことができる。これにより、マラリア原虫の核酸染色および検出において、全血に元々存在する白血球の核酸を染色して誤判定につながることを抑制できるため、測定精度を向上することができる。このように、高精度に抽出された赤血球を用いた高精度な測定を実現可能とすることで、自覚症状のない段階からマラリア感染などの感染症発症の有無を確認することが可能となり、感染症の早期発見につなげることができる。
【００４５】
また、全血から赤血球を分離するために遠心分離を行う場合は、少なくとも検査に必要とされる全血がより多く必要となったり、あるいは全血を溶媒などで希釈して容量を増大させてから遠心分離を行うために処理工程が多くなったりすることがあった。しかしながら、本発明のフィルターデバイスを用いれば遠心分離のような大掛かりな装置を用いる必要がないので、サンプル血液を多く採取する必要がない。したがって、指先などからわずか１マイクロリットル程度のサンプル血液を採取し、第一のポート１１２に注入することによって赤血球のみを用いて簡単に、さらに短時間で計測することができる。
【００４６】
さらに、遠心分離機のような大掛かりで高価な装置を必要としないので、家庭や空港、港においての簡易検査に適する。
【００４７】
なお、本実施の形態ではフィルター部１１４が第一の流路１１３の全体に形成される構成としたが、少なくとも第一の流路１１３の一部分に設けられていればよい。また、第一のポート１１２と第一の流路１１３との接続部より少なくとも５００マイクロメートル以上に渡ってフィルター部１１４を設けていることが望ましい。
【００４８】
図８は、本実施の形態におけるフィルターデバイスの上面図である。図８に示すように、フィルターデバイス１００は、第一の流路１１３内にフィルター部１１４（１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ）が複数ヶ所に形成された多段フィルターを備えてもよい。
【００４９】
さらに、複数ヶ所に形成されたフィルター部１１４（１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ）は、それぞれのフィルター部１１４を構成する複数の繊維状物質の直径分布の極大値は一つだが、複数の繊維状物質からなる空隙は、それぞれのフィルター部１１４で異なり、第一の流路１１３の下流にいくに従って狭くなっているとなおよい。すなわち、フィルター部１１４は、フィルター部１１４ａ、フィルター部１１４ｂ、フィルター部１１４ｃとだんだんと第一の流路１１３の下流にいくに従って空隙が狭くなっていることにより、目詰まりを防止しながら段階的にフィルタリング性能を向上させることが可能となる。
【００５０】
あるいは、一つのフィルター部１１４で、下流にいくに従って空隙が狭くなっているように形成されていても同様の効果を奏することが可能である。フィルター部１１４の上流でまず大きな物質を捕捉することによって、フィルター部１１４の下流に大きな物質が来なくなるので、目詰まりしにくくなる。
【００５１】
なお、本実施の形態では第一の流路１１３は、基板１１１上に流路を形成させる例で説明したが、必ずしも基板１１１上に流路を形成する必要はない。第一の流路１１３は、キャピラリ形状（筒状）となっており、第一の流路１１３の内壁部全面にフィルター部１１４が形成されている場合であっても実施することが可能である。
【００５２】
図９は、本実施の形態におけるフィルターデバイスの上面図である。図９に示すように、基板１１１上に第一のポート１１２とフィルター部１１４が形成された第一の流路１１３とからなるフィルターデバイス１００をそれぞれ独立させてアレイ状に形成させてもよい。このようにすると、複数の同様の操作を一度に行うことができるため、特定物質抽出における操作速度が向上し望ましい。また一度に複数の測定を行うことができ、測定時間の短縮化にもつながる。
【００５３】
なお、本実施の形態では、全血あるいは赤血球を含む生体由来溶液から赤血球を抽出する方法について説明したが、本実施の形態のフィルターデバイス１００はこれに限らず、マイクロリアクター、ケミカルチップ、バイオチップ、Ｌａｂ−ｏｎ−ａ−ｃｈｉｐ、ナノチップ等の一部において、溶液から特定物質である被検体のみを抽出するために用いることができる。
【００５４】
（実施の形態２）
以下、本実施の形態におけるフィルターデバイスについて図面を用いて説明する。なお、実施の形態１で説明した箇所と同じ箇所については説明を省略する。本実施の形態が、実施の形態１と異なる点は特定物質を抽出するための第二のポート２１７を構成している点である。
【００５５】
図１０は、本実施の形態におけるフィルターデバイスの上面図である。本実施の形態のフィルターデバイス２００は、第二のポート２１７を備えている。第二のポート２１７は、第一の流路２１３につながり溶液から被検体のみを抽出する。また、第一の流路２１３には、第二の流路２１８が備えられている。第二の流路２１８は、第一のポート２１２と第二のポート２１７との間に接続され、第三のポート２１９から緩衝液を流す。
【００５６】
第二の流路２１８は、基板２１１にエッチング法などにより微細加工を施した流路溝を形成することにより構成できる。基板２１１は、例えば、ガラスやシリコン、熱酸化ＳｉＯ２、ポリシリコン、アモルファスシリコンなどの無機素材で形成することができる。あるいは、基板２１１は、ＰＤＭＳやポリプロピレン、またはポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリスチレンなどの樹脂で成形することもできる。
【００５７】
次に、本実施の形態におけるフィルターデバイス２００を用いて、全血あるいは赤血球を含む生体由来溶液から赤血球を抽出する方法について説明する。
【００５８】
第一のポート２１２にサンプルとなる血液を注入すると、注入された血液は徐々に第一の流路２１３に流れていく。ここで、白血球は第一の流路２１３の第一のポート２１２に近い位置に捕捉される。一方、赤血球は第一の流路２１３を徐々に浸透していき、白血球とは分離した状態で第一の流路２１３内にとどまる。
【００５９】
繊維状物質２１５により形成されたフィルター部２１４から白血球が吸着している部分をさけて赤血球を抽出させるために、第三のポート２１９から緩衝液を流し込む。緩衝液は第二の流路２１８から赤血球がとどまる第一の流路２１３のフィルター部２１４に流れ込み、緩衝液と共に赤血球が第二のポート２１７に向かって流れ出す。第二のポート２１７から緩衝液と共にこの赤血球を取り出すことによって、別の感染症検査キットを用いてギムザ染色などにより感染症の有無、程度および種類などの解析を行うことができる。
【００６０】
このように、第一の流路２１３内にろ過物をとどめたまま、第二のポートへと被検体を抽出することによって、より効率的に検査や反応を行うことが可能となる。
【００６１】
なお、被検体を第二のポート２１７から抽出し別の検査キットで検査する方法でなくとも、第二のポート２１７内で直接反応を行うことも可能である。例えば、赤血球の検査の場合であれば、第二のポート２１７に予め染色液を入れておいてもよい。また、タンパク質、ＤＮＡなどの検査の場合であれば、第二のポート２１７に予め抗体を配置させておいてもよい。
【００６２】
なお、反応の観察方法としては、蛍光顕微鏡での観察には限定されない。例えば、第二のポート２１７を反応場とし、反応場の両脇に入出力電極を備えたＳＡＷセンサを形成する。そして、第二のポート２１７内に被検体がある場合とない場合での周波数差を観測することによって観察してもよい。
【００６３】
なお、第二の流路２１８は、第一の流路２１３の第一のポート２１２と第二のポート２１７との中間部あるいは、中間部と第二のポート２１７との間に接続されるように設けることが望ましい。
【００６４】
なお、本実施の形態では緩衝液を流すための第三のポート２１９を用いて説明したが、第三のポート２１９は必ずしも形成する必要は無く、緩衝液を直接、第二の流路２１８に流し込んでもよい。
【００６５】
（実施の形態３）
以下、本実施の形態におけるフィルターデバイスについて図面を用いて説明する。なお、実施の形態１で説明した箇所と同じ箇所については説明を省略する。本実施の形態が、実施の形態１と異なる点は、キャピラリ内に貫通孔を有するフィルターチップを形成している点である。
【００６６】
図１１は本実施の形態におけるフィルターデバイスの斜視図、図１２は同断面図である。図１１に示すように、本実施の形態のフィルターデバイス３００は、キャピラリ３２０と、フィルターチップ３２１とからなる。フィルターチップ３２１は、キャピラリ３２０の内部の一端に、キャピラリ３２０内に流れる溶液が接するように設けられている。図１２に示すように、このフィルターチップ３２１は、板状の薄板３２２と、複数の貫通孔３２５とを備えている。複数の貫通孔３２５は、この薄板３２２の第一の表面３２３と第一の表面３２３に対向する第二の表面３２４とを貫通する。この第一の表面３２３と、複数の貫通孔３２５の第一の表面３２３に開口された開口部の上方とを被覆するように、フィルター部３１４が備えられている。フィルター部３１４は、無機酸化物からなる繊維状物質３１５からなる。
【００６７】
このフィルター部３１４は、複数の繊維状物質３１５が絡みあって形成されている。溶液中に含まれる固体物質のうち、その最大直径が繊維状物質３１５間の空隙よりも大きいものがろ過物として繊維状物質３１５により捕捉され、繊維状物質３１５間の空隙よりも小さいものが被検体として繊維状物質３１５間を通過していく。このことにより、溶液中の被検体とろ過物とを分離することができる。ただし、その最大直径が繊維状物質３１５間の空隙よりも大きい固体物質であっても、その溶質が容易に変形できるものであれば、被検体として抽出することが可能である。さらに、フィルター部３１４の下方に備え付けられた貫通孔３２５を通過する際にその変形性を利用できるため、被検体が貫通孔３２５よりも大きい場合でも貫通孔３２５を通過することが可能となる。
【００６８】
繊維状物質３１５は、その直径分布の極大値が一つであり、直径にばらつきがなく、直径の大きく異なる複数の繊維状物質３１５が含まれない。また、このように、繊維状物質３１５の直径が一定であれば、空隙の面積が一定に保持される。このため、繊維状物質３１５の直径を制御することで、フィルター部３１４は、どの位置においても安定したフィルタリング効果を有する。
【００６９】
貫通孔３２５は、キャピラリ３２０の流れる溶液の流れ方向と平行になるように形成されていることが流路抵抗の発生を抑制できるため好ましい。
【００７０】
キャピラリ３２０は、例えば、ガラスやシリコン、熱酸化ＳｉＯ２、ポリシリコン、アモルファスシリコンなどの無機素材で形成することができる。あるいは、キャピラリ３２０は、ポリジメチルシロキンサン（ＰＤＭＳ）、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、環状ポリオレフィンなどの樹脂や、それらの樹脂とガラスとの複合材料で形成することができる。あるいは、キャピラリ３２０は、ゴムや、ゴムとガラスとの複合材料からも成形することができる。
【００７１】
なお、本実施の形態においてフィルターチップ３２１はキャピラリ３２０の一端に備えたが、キャピラリ３２０に流れる溶液と接するように形成されていればよい。貫通孔３２５がキャピラリ３２０に流れる溶液の流れ方向と平行になるように、キャピラリ３２０に流れる溶液の流れ方向と任意の角度を有した方向に薄板３２２が形成されるようにフィルターチップ３２１が備えられていることがより好ましい。
【００７２】
なお、任意の角度とは、直交していることが望ましいが、キャピラリ３２０に流れる溶液が薄板３２２の第一の表面３２３から第二の表面３２４に向かって移動する際には、必ず繊維状物質３１５間及び貫通孔３２５内を通らなければ移動出来ないように薄板３２２が構成されていなければならない。
【００７３】
ここで、溶液の流れ方向とは、流体の平均としての流れ方向のことを指す。特に、図１２に示すように、キャピラリ３２０の壁面が互いに平行でキャピラリ３２０の流路幅が一定な場合は、溶液の流れ方向とは壁面と平行な方向のことを示す。一方、キャピラリ３２０の壁面が互いに平行ではなく、キャピラリ３２０の流路幅が一定でない場合、すなわち溶液の流れる方向に沿って徐々に狭くなる（図示せず）、あるいは溶液の流れる方向に沿って徐々に広くなる（図示せず）場合は、溶液の流れ方向は、流体の平均としての流れ方向を示す。
【００７４】
なお、本実施の形態において、フィルターチップ３２１はキャピラリ３２０の一端に一つ備えたが、図１３に示すように、キャピラリ３２０の内部に複数個のフィルターチップ３２１（３２１ａ、３２１ｂ、３２１ｃ）を備えてもよい。
【００７５】
さらに、複数個備えられたフィルターチップ３２１（３２１ａ、３２１ｂ、３２１ｃ）は、それぞれのフィルター部３１４を構成する複数の繊維状物資３１５からなる空隙が、フィルターチップ３２１のそれぞれで異なり、キャピラリ３２０の下流にいくに従って空隙が狭くなるとなおよい。すなわち、フィルターチップ３２１は、フィルターチップ３２１ａ、フィルターチップ３２１ｂ、フィルターチップ３２１ｃとだんだんとキャピラリ３２０の下流にいくに従って空隙が狭くなることにより、目詰まりを防止しながら段階的にフィルタリング性能を向上させることが可能となる。
【００７６】
あるいは、一つのフィルター部３１４において、下流にいくに従って空隙が狭くなるように形成されていても同様の効果を奏することが可能である。
【００７７】
フィルター部３１４の上流で、まず、大きな物質を捕捉することによって、フィルター部３１４の下流に大きな物質が来なくなるので、目詰まりしにくくなる。
【００７８】
また、フィルターチップ３２１は貫通孔３２５以外の部分でキャピラリ３２０にリーク無く接合されていればよく、キャピラリ３２０と直接接合されていても、接着層を介して接合されていてもよい。
【００７９】
フィルターチップ３２１を作製するための基材として、シリコン層がシリコン（１００）からなるＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いることが望ましい。ＳＯＩ基板は、シリコン層−二酸化シリコン層−シリコン層の３層構造からなる。ＳＯＩ基板を用いた場合、図２７に示すように、表面に二酸化シリコン層３３０を形成したシリコン層３２９からなる薄板３２２を形成することができる。
【００８０】
フォトリソグラフィーおよびエッチング技術を用いてＳＯＩ基板を微細加工することによって、一括して多数個の高精度なフィルターチップ３２１を作製することができるため、ＳＯＩ基板を選択することが好ましい。ＳＯＩ基板はエッチングプロセスの際、二酸化シリコン層３３０がエッチングストップ層としての役割を果たすことができるため、高精度なフィルターチップ３２１を作製することができる。また、この二酸化シリコン層３３０は親水性に富むことから測定時における気泡の発生の抑制と気泡の除去が容易となる。その結果、高精度な測定を実現することができる。
【００８１】
この二酸化シリコン層３３０の厚みは、エッチングストップ層として求められる厚みと生産性の観点から、０．５〜１０μｍが好ましい。
【００８２】
なお、フィルターチップ３２１には薄板３２２を保持するための保持部３２６を備えることが好ましい。ＳＯＩ基板を用いた場合、シリコン層３３１により保持部３２６を形成することができる。この貫通孔３２５を有する薄板３２２は数μｍの薄さとなることがあり、製造工程におけるハンドリングと実装性を考慮すると、保持部３２６が形成されていることが好ましい。
【００８３】
なお、保持部３２６を備えた場合は、図１４のフィルターチップ３２１の上面図に示したように、保持部３２６の内壁に少なくとも一つ以上の突起部３２７を設けることが望ましい。あるいは、図１５のフィルターチップ３２１の上面図に示したように、保持部３２６の内壁に少なくとも一つ以上の鋭角の窪み部３２８を設けることが望ましい。保持部３２６の内壁に突起部３２７や鋭角の窪み部３２８を備えることによって、保持部３２６に溶液が導入された際に、溶液中の気泡が突起部３２７あるいは鋭角の窪み部３２８を伝って流れやすくなるので、フィルターチップ３２１内部に気泡が残留しにくくなる。このように気泡を抑制することができるので、フィルタリング精度を向上することができる。
【００８４】
ただし、この保持部３２６は不可欠な構成要件ではなく、フィルターチップ３２１の形状と構造によって所定の寸法に適宜選択することが好ましい。この保持部３２６の形成には、ＳＯＩ基板をエッチングする方法や貼り合わせなどが考えられるが、プロセスの一貫性からＳＯＩ基板からのエッチングを用いるのがよい。例えば、ＳＯＩ基板のシリコン層３３１をフィルターチップ３２１の保持部３２６として用いることによって、機械的強度を保持する役割と液体を貯留しておくための機能を果たすことができる。
【００８５】
薄板３２２の厚みを大きくすれば、構造的に弱くなりやすい薄板３２２は割れにくくなるが、加工に必要な時間が長くなるために、工程のスループットの観点から薄板３２２は薄いほうが望ましい。また、薄板３２２の厚みを大きくすることで、貫通孔３２５の長さが長くなる。そのため、被検体が通りにくくなるので、フィルターチップ３２１通過後に採取したい被検体の収率が低下する。そのため、薄板３２２の厚みは、望ましくは、５〜１００μｍ程度である。
【００８６】
ここでは、フィルターチップ３２１を作製するための基材として、シリコン層３２９がシリコン（１００）からなるＳＯＩ基板を選択したが、シリコン（１１０）基板、シリコン（１１１）基板およびその他の面方位を有したシリコン基板、ガラス基板、フィルム樹脂等の他の基板を用いることも可能である。
【００８７】
つまり、フィルターチップ３２１を作製するための基材としては、シリコンと二酸化シリコンのように、エッチングレート差が大きな２種類以上の材料が積層された構造を用いることが望ましい。
【００８８】
加工性や汎用性の観点から、シリコン（１００）を含む基板を用いることが好ましい。シリコン（１００）を含む基板とは、少なくともシリコン（１００）が含まれていればよく、シリコン（１００）単体で構成されているものだけではない。シリコン層３２９がシリコン（１００）を用いたＳＯＩ基板、一部または全体にボロン等の元素をドーピングされた基板、さらには、ガラス等にシリコン（１００）が貼りあわされた基板などを用いてもよい。
【００８９】
なお、エッチングストップ層として機能する二酸化シリコン層は、熱酸化により形成した二酸化シリコン層が一般的ではあるが、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やスパッタ法やＣＳＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などの他の方法により形成した二酸化シリコン層でもよい。また、二酸化シリコン層は、リンをドープしたいわゆるＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｇｌａｓｓ）層、ボロンをドープしたいわゆるＢＳＧ（Ｂｏｒｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｇｌａｓｓ）層、あるいはリンとボロンをドープしたＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ  Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｇｌａｓｓ）層などのドープトオキサイド層でもよい。また上記のような二酸化シリコンを主成分とする層に限らず、窒化シリコン、酸窒化シリコン、酸化アルミニウムなどのシリコンとのエッチングレート差の大きい、無機酸化物もしくは無機窒化物の層ならばよい。
【００９０】
貫通孔３２５の数は任意の数を選択することができる。これは、貫通孔３２５を形成する前に形成したレジストマスクにおいて、マスクホールの個数を変更することで、同様のプロセスを用いて作製が可能である。
【００９１】
貫通孔３２５の数が増加すると、被検体が通りやすくなるため、被検体量やフィルター時間を増やすことがなく、短時間で同量の試料をフィルターに通すことができる。このため、貫通孔３２５の数を増やすことは、フィルターの作業効率が向上するため好ましい。
【００９２】
なお、貫通孔３２５は複数設けられていることが望ましいが、少なくとも一つの貫通孔３２５が形成されていればよい。
【００９３】
なお、貫通孔３２５の直径は、溶液の流路抵抗の発生を抑制するのに適した直径に適宜調整して形成することが可能である。
【００９４】
例えば、溶液として血液あるいは赤血球を含む生体由来溶液を用い、赤血球を被検体対象として抽出するようにフィルターデバイス３００を用いる場合、貫通孔３２５の大きさは直径３μｍ以上が望ましい。赤血球の大きさは直径が７μｍから８μｍであり、赤血球は自分の直径の半分以下の径の狭い毛細血管にも入り込み通過することができるが、３μｍ以下の貫通孔３２５では赤血球の通過効率が低下することがある。
【００９５】
貫通孔３２５の形状もまた、レジストマスク形成時におけるマスクホールの形状を変えることで、同様のプロセスを用いて作製が可能である。貫通孔３２５の形状は特に問わず、測定を行う被検体の種類、形状などによって、最適な形状を選択すればよい。
【００９６】
また、薄板３２２の第一の表面３２３における複数の貫通孔３２５の開口部の形状をハニカム状にすることが望ましい。これにより、薄板３２２の強度を損なうことなく、単位面積に対してより多くの貫通孔３２５を形成することが可能となる。
【００９７】
また、薄板３２２の第一の表面３２３における貫通孔３２５の開口部の形状を円形状にすることが好ましい。貫通孔３２５の開口部の形状を円形状にすると、被検体が貫通孔３２５を通過する際に、貫通孔３２５にひっかかることなく滑らかに貫通孔３２５を通過することが可能となる。例えば、赤血球を被検体として抽出させる場合は、赤血球は状態によっては柔軟性や弾力性が低くなるが、貫通孔３２５の開口部の形状を円形状にすることで、第二の表面３２４の下方から等方的に吸引させることができる。このため、被検体の特定の方向のみに力が生じてしまうのを抑制でき、結果として被検体へのダメージが小さくなり、貫通孔３２５を通過しやすくなる。
【００９８】
貫通孔３２５が複数形成されている場合、最近接する貫通孔３２５の中心間の距離は被検体の形状に応じて、被検体のもっとも長い寸法に合わせて選択すればよい。例えば、血液を用いて、被検体として赤血球を対象としてフィルターデバイス３００を用いる場合は、貫通孔３２５の間隔は、１０μｍ以上が抽出成功率の観点から望ましい。一般的に、赤血球の大きさは、１０μｍ以上であり、貫通孔３２５の間隔が１０μｍより小さいと赤血球同士の干渉が生じるために抽出の成功率が減少する。細胞を被検体として用いる場合は、被検体の種類や培養条件等にもよるが、一般的に細胞の大きさは２０μｍ程度であるため、貫通孔３２５の間隔は２０μｍ以上が望ましい。
【００９９】
一方、貫通孔３２５の間隔を大きくすることで、構造的に弱い部分が密集しにくくなるため、フィルターチップ３２１の信頼性が向上する。
【０１００】
ただし、貫通孔３２５の間隔を大きく設定した場合において、被検体の抽出率やフィルタリング速度を向上させるためには、多くの孔数が必要となる。したがって、貫通孔３２５の形成に必要な領域が大きくなり、センサの小型化が困難になることや、低コスト化が困難になる等の課題を生じる。本実施の形態では、貫通孔３２５の間隔を十分大きくすることで被検体同士の干渉を防ぐために、貫通孔３２５の間隔を５０μｍとした。
【０１０１】
また、薄板３２２としてシリコン単結晶等の特定に弱い方向を持つ材料を用いると、特定に弱い方向に貫通孔３２５が並んだ場合でも、構造的に弱くなることがある。そのため、最近接の貫通孔３２５がその特定の方向に並ばないように貫通孔３２５を配置するのが望ましい。ここで、特定の弱い方向とは、シリコン単結晶の場合、へき開面のことをいい、へき開面に沿わないように貫通孔３２５を配置すればよい。なお、貫通孔３２５は少なくとも最近接する貫通孔３２５の中心を結ぶ線分がへき開面に沿わないように配置されていれば、構造的な強度を保持することができる。
【０１０２】
貫通孔３２５の間隔は等間隔がよく、配置は左右対称が望ましい。より望ましくは、薄板３２２の中心点において、貫通孔３２５は点対称に配置されていることが望ましい。
【０１０３】
この場合、例えばキャピラリ３２０の一端から吸引する場合に、吸引する圧力に対称性が生まれるため、被検体が均一に貫通孔３２５を通過する。そのため、特定の場所に被検体が密集せず、それによってフィルター部３１４が詰まることが無くなり、フィルターチップ３２１の信頼性が向上する。
【０１０４】
フィルターチップ３２１において、貫通孔３２５の密度を高くするためには、複数の貫通孔３２５の開口部の形状は正多角形となる形状が適している。
【０１０５】
繊維状物質３１５は、薄板３２２に直接接合していることが望ましい。ここで、「直接接合」とは、薄板３２２上に繊維状物質３１５が直接形成され、薄板３２２と繊維状物質３１５を構成する原子または分子が直接結合している状態を指し、通常は分子間が共有結合をしている状態である。例えば、薄板３２２の表面にシリコンを用いた場合に、そのシリコンを原料として繊維状物質３１５を形成させる。これにより、薄板３２２の珪素原子と繊維状物質３１５中の珪素原子とが、繊維状物質３１５の形成雰囲気中の酸素分子を介して共有結合することにより直接接合を実現することができる。
【０１０６】
繊維状物質３１５が互いに絡み合い、複数の枝分かれをしていることで、薄板３２２の第一の表面３２３に対しフィルター部３１４が強固に構成される。さらに、繊維状物質３１５がそれぞれ湾曲し、絡み合っていることによって、薄板３２２の第一の表面３２３の貫通孔３２５の開口部の上方を含めて、さまざまな方向からの隙間が埋まりやすいようにフィルター部３１４が形成されている。
【０１０７】
繊維状物質３１５と繊維状物質３１５との間の空隙はその最短距離が、ろ過物の大きさよりも小さいものでなければならない。
【０１０８】
例えば、溶液として血液あるいは赤血球を含む生体由来溶液を用い、赤血球を被検体対象として抽出するようにフィルターデバイス３００を用いる場合、フィルター部３１４は３μｍから６μｍの空隙を有していることが望ましい。赤血球の大きさは直径が７μｍから８μｍであり、赤血球自身の直径の半分以下の径の狭い毛細血管にも入り込み通過することができる。白血球の大きさは６μｍから３０μｍの球体形状であり、扁平形状の赤血球よりも変形性は小さい。フィルター部３１４の空隙の大きさが３μｍから６μｍの領域では、赤血球のみを通過させることが可能となる。空隙の大きさが６μｍよりも大きい場合は、白血球もフィルター部３１４を通過してしまうため好ましくない。
【０１０９】
なお、本実施の形態において繊維状物質３１５は、第一の表面３２３上と複数の貫通孔３２５の第一の表面３２３に開口された開口部の上方とを被覆するように形成されていることとしたが、図１６に示すように、少なくとも第一の表面３２３あるいは第二の表面３２４のいずれか一方に備えられていればよい。第二の表面３２４上にのみ繊維状物質３１５が形成されていても同様の効果を奏する。なお、この時、第一の表面３２３は二酸化シリコン層３３０よりなることが好ましい。
【０１１０】
また、図１７に示すように、第一の表面３２３と第二の表面３２４のいずれの表面にも繊維状物質３１５が備えられていてもよい。
【０１１１】
また、図１８に示すように、貫通孔３２５の内部に繊維状物質３１５が備えられていてもよい。  あるいは、第一の表面３２３及び／あるいは第二の表面３２４、及び、貫通孔３２５の内部に繊維状物質３１５が備えられていてもよい。なお、第一の表面３２３上に繊維状物質３１５が形成されない場合は、第一の表面３２３は親水処理を施している必要があり、二酸化シリコン層３３０よりなることが好ましい。
【０１１２】
さらに、図１９に示すように、さらに保持部３２６の表面に繊維状物質３１５が備えられていてもよい。
【０１１３】
上記いずれの場合も、本実施の形態と同様の効果を奏する。
【０１１４】
次に、フィルターデバイス３００の製造方法について、まず、フィルターチップ３２１の製造方法について示す。
【０１１５】
ここでは、薄板３２２の第一の表面３２３に繊維状物質３１５からなるフィルター部３１４を有したフィルターチップ３２１の製造方法について示す。
【０１１６】
図２０〜図２７は、本実施の形態におけるフィルターデバイスの製造工程を示す断面図である。
【０１１７】
まず、図２０に示すように、フィルターチップ３２１を作製するための基材として、シリコン層３２９がシリコン（１００）面からなるシリコン層−二酸化シリコン層−シリコン層の３層構造のＳＯＩ基板を準備する。
【０１１８】
そして、シリコン層３２９の表面（図２０における下面）に第一のレジストマスク３３２を形成する。このとき、一枚の基板で複数のフィルターチップ３２１を同時に形成させる場合は、個々のフィルターチップ３２１に対して、所望の複数の貫通孔３２５の横断面と略同形状の複数のマスクホール３３３をパターニングしておく。
【０１１９】
次に、図２１に示すように、シリコン層３２９をマスクホール３３３側からエッチングして貫通孔３２５を形成していく。このときのエッチング方法としては、高精度な微細加工が可能であることからドライエッチングが望ましい。ドライエッチングを行う場合、アスペクト比の高い、すなわち孔径に対し奥行きの深い貫通孔３２５を形成するために、エッチングを促進するガス（エッチングガス）とエッチングを抑制するガス（抑制ガス）とを交互に用いる。本実施の形態では、エッチングガスとしてＳＦ６、抑制ガスとしてＣ４Ｆ８を用いる。ドライエッチング工程としては、外部コイルの誘導結合法によりプラズマを生成し、そこにエッチングガスとしてＳＦ６を導入するとＦラジカルが生成する。そして、生成したＦラジカルがシリコン層３２９と反応してシリコン層３２９が化学的にエッチングされる。
【０１２０】
このとき、シリコン層３２９に高周波を印加すると、シリコン層３２９にはマイナスのバイアス電圧が発生する。すると、エッチングガスに含まれるプラスイオン（ＳＦ５＋）がシリコン層３２９に向かって垂直に衝突し、このイオン衝撃によってシリコン層３２９が物理的にエッチングされる。このようにして、ドライエッチングがシリコン層３２９内を垂直方向に進行する。
【０１２１】
一方、抑制ガスＣ４Ｆ８を用いる際には、シリコン層３２９に高周波を加えないでおく。そうすることによって、シリコン層３２９にはバイアス電圧が全く発生しない。したがって、抑制ガスＣ４Ｆ８に含まれるＣＦ＋が、偏向を受けることなくシリコン層３２９のドライエッチング穴の壁面に付着し、表面に均一なフロロカーボンからなる重合膜（図示せず）が形成される。
【０１２２】
このフロロカーボン膜が、重合膜となってエッチングを抑制する。この重合膜は貫通孔３２５の壁面部分だけでなく底面にも形成される。貫通孔３２５の底面に形成された重合膜は、壁面に形成された重合膜に比較して、イオン衝撃により容易に除去されるため、エッチングは垂直方向に進む。このようなエッチングが繰り返し行われることによって、やがて二酸化シリコン層３３０の表面に到達し、エッチングの深さ方向への進行は二酸化シリコン層３３０の表出面でストップする。
【０１２３】
なお、図２１に示すように、貫通孔３２５の内部のシリコン層３２９と二酸化シリコン層３３０との境界付近に凹部３３４を設けることも可能である。二酸化シリコン層３３０は、前述したエッチング条件ではエッチングされにくい性質を有している。よって、エッチングが進んで、二酸化シリコン層３３０の表面に到達すると、前述のように、エッチングの深さ方向への進行は二酸化シリコン層３３０の表出面でストップする。
【０１２４】
この後、さらにエッチングを行うと、表出した二酸化シリコン層３３０の表面にエッチングイオンが蓄積されていくことになり、エッチングイオンと二酸化シリコン層３３０の表面に蓄積したエッチングイオンとが反発し、エッチングイオンが横方向（水平方向）へと進行し始める。このため二酸化シリコン層３３０の近傍において、徐々にテーパ状に開口幅が広くなった凹部３３４を形成することができる。
【０１２５】
このように、薄板３２２を、導電体であるシリコン層３２９と絶縁体である二酸化シリコン層３３０の積層構造とすることによって、二酸化シリコン層３３０の表面でエッチングが横方向（水平方向）へと進行しやすい状態となり、凹部３３４を形成することができる。
【０１２６】
凹部３３４の深さは１μｍ程度である。この深さはエッチング時間によって制御することが可能である。
【０１２７】
なお、エッチングガスとしては、ＳＦ６の他にＣＦ４、抑制ガスとしては、Ｃ４Ｆ８の他にＣＨＦ３等を用いることもできる。
【０１２８】
なお、このエッチングの方法によれば、シリコンは一般的にほぼ垂直にエッチングされるが、エッチング条件により、テーパを制御できる。ここでは、抑制ガス量を増加させるなど、エッチングの抑制が強い条件にすることでエッチング方向に向って広がっていく順テーパを形成することが望ましい。これにより、流路抵抗が低減し、流れが滑らかになる。
【０１２９】
このエッチング方法を用いているかどうかは、スキャロップ形状を見れば判る。貫通孔３２５の内壁にはスキャロップと呼ばれる段差形状を生じる。スキャロップの段差は数ｎｍ〜数十ｎｍのオーダーである。
【０１３０】
なお、薄板３２２の貫通孔３２５の開口部には、窪み（図示せず）を設けてもよい。特に、ろ過物を保持する薄板３２２の貫通孔３２５の第一の表面３２３側に窪み形状を設けると、貫通孔３２５付近に被検体やろ過物を密集させやすくなるため、被検体の抽出効率、すなわちフィルター速度が向上する。
【０１３１】
また、繊維状物質３１５からなるフィルター部３１４が形成されていない薄板３２２の貫通孔３２５の第二の表面３２４側に窪み形状を形成すると、流路抵抗を抑制することが可能となる。そのため、フィルター部３１４での目詰まりが起こりにくくなるため、フィルターの作業効率が向上し、結果として被検体の収率が向上する。
【０１３２】
上述した窪みの形成には、量産性の観点から、アルカリ溶液によるウェットエッチングを用いるのが好ましい。この場合、エッチングの速度は、一般的にシリコン（１００）面＞シリコン（１１０）面＞＞シリコン（１１１）面であるため、ピラミッド形状の窪みが形成される。
【０１３３】
また、窪みの形成には、ＳＦ６、ＣＦ４、Ｃｌ２、ＸｅＦ２などのシリコンをエッチング可能なガスエッチングを用いてもよい。この方法によれば、窪みの形状を様々に制御することができる。
【０１３４】
なお、第一のレジストマスク３３２の除去はこの時点で行ってもよいが、後に形成する第二のレジストマスク３３５と同時に除去する方が効率も良く好ましい。
【０１３５】
次に、図２２に示すように、シリコン層３３１表面（図２２における上面）に、第二のレジストマスク３３５を形成する。その後、シリコン層３２９をエッチングした時と同じエッチング条件にてシリコン層３３１をエッチングすることによって保持部３２６を形成する。
【０１３６】
このエッチングの深さ方向への進行も、二酸化シリコン層３３０の表出面でストップする。
【０１３７】
なお、この時、特に、エッチングとデポジションのサイクルを繰り返してエッチングを行っているため、保持部３２６の内壁面は凹凸が形成されたスキャロップ形状（図示せず）になる場合がある。スキャロップの段差は数ｎｍ〜数十ｎｍのオーダーである。
【０１３８】
次に、図２３に示すように、二酸化シリコン層３３０を上面側からドライエッチングする。このドライエッチングに用いるエッチングガスとしては、例えば、ＣＨＦ３とＡｒの混合ガスを用いる。ＣＨＦ３とＡｒの混合ガスは、プラズマ励起されたＡｒガスにより直進性の高いエッチングガスとなる。Ａｒイオンのようなスパッタを行うエッチング成分を多く使用することによって、保持部３２６の内部より直進して進入し、絶縁体である二酸化シリコン層３３０のみをエッチングすることができる。また、ＣＨＦ３は二酸化シリコン層３３０の表面ではフロロカーボンからなる重合膜が形成されにくいが、シリコン層３３１の表面ではフロロカーボンからなる重合膜を形成する。シリコン層３３１表面に形成された重合膜によって、シリコン層３３１表面でのエッチングが進みにくくなり、二酸化シリコン層３３０のみをエッチングしやすくなる。
【０１３９】
なお、この際に用いるエッチングガスとしては、ＣＨＦ３とＡｒの混合ガスの他にもＣＦ４／Ｈ２やＣＨＦ３／ＳＦ６／Ｈｅなどを用いることもできる。
【０１４０】
以上説明してきたように、シリコン層３２９、３３１と二酸化シリコン層３３０の二種類の材料の薄板３２２を積層体とすると、この二種類の材料が、同一のガスに対してそれぞれ異なったエッチングレートを有する。したがって、シリコン層３２９、３３１をエッチングする際には二酸化シリコン層３３０がエッチングされず、反対に、二酸化シリコン層３３０をエッチングする際にはシリコン層３２９、３３１がエッチングされない。このような性質を利用してエッチングすることによって、所望の貫通孔３２５の形状を容易に形成することができる。
【０１４１】
なお、二酸化シリコン層３３０のエッチングには、ＨＦ、ＢＨＦ、ＮＨ４Ｆ等を用いたウェットエッチングを用いてもよい。
【０１４２】
そして、フィルターチップ３２１の第一の表面３２３上と複数の貫通孔３２５の第一の表面３２３に開口された開口部の上方とを被覆するように、繊維状物質３１５からなるフィルター部３１４を形成する。
【０１４３】
繊維状物質３１５の形成方法としては、例えば、触媒層３３６を用いて、触媒層３３６を形成させた部分から繊維状物質３１５を形成させる方法がある。
【０１４４】
図２４に示すように、シリコン層３２９の第一の表面３２３すなわち貫通孔３２５の上方（図２４における上面）より触媒層３３６を形成する。この時、第二のレジストマスク３３５が形成されている領域には、第二のレジストマスク３３５の上面に触媒層３３６が形成されることになる。触媒層３３６の厚みは一般的に１００ｎｍ以下である。
【０１４５】
触媒層３３６とは、例えば、Ｐｔの他に、Ｆｅ、Ｃｏ、ＮｉまたはＡｕ等の金属を用いることができ、特に金属の種類は限定されない。
【０１４６】
なお、触媒層３３６を形成する方法としては、ＣＶＤ法、スパッタリング法、ＣＳＤ法、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等の任意の方法を用いることが可能である。また、触媒層３３６は、有機物等の他の材料に分散された状態で存在していてもよい。
【０１４７】
なお、触媒層３３６を形成させるのではなく、シリコン層３２９の繊維状物質３１５を形成させる面にあらかじめ触媒層３３６を注入させておいても構わない。この際、触媒材料は、シリコン層３２９に含有された形で存在している。これには、イオン注入法を用いるのが適している。イオン注入法とは、イオンを電気的に加速して個体にぶつけることで、特定の元素を基材内に注入する方法であり、深さ方向の濃度分布の制御性がよい。これにより、高精度に触媒を注入することができる。イオン注入以外にも、気相拡散あるいは、固相拡散といった熱拡散、プラズマによる注入法を用いてもよい。
【０１４８】
触媒層３３６として、特に、Ｐｔを用いた場合、高温下でもＰｔ粒子の凝集が低減できる。繊維状物質３１５の直径は触媒層３３６の金属の粒径に依存するため、Ｐｔを用いると、より微細な繊維状物質３１５を形成することができる。このため、フィルター性能が向上する。
【０１４９】
繊維状物質３１５の形成方法として、ＶＳＤ（Ｖａｐｏｒｉｚｅｄ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＶＬＳ（Ｖａｐｏｒ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｓｏｌｉｄ）法を用いた場合、繊維状物質３１５が形成された状態において、触媒材料は、主に繊維状物質３１５の先端や繊維状物質３１５と直接接合する基材の表面に存在する。これらをＴＥＭなどの電子顕微鏡で観察することにより、触媒材料の判断が可能である。
【０１５０】
次に、図２５に示すように、第二のレジストマスク３３５を洗浄して剥離する。このとき、第二のレジストマスク３３５の上面に形成された触媒層３３６は、同時に洗浄される。これにより、シリコン層３２９の第一の表面３２３のみに選択的に触媒層３３６を形成することが可能となる。なお、この時、先に形成された第一のレジストマスク３３２も同時点で洗浄して剥離することができる。
【０１５１】
なお、図２６に示すように、フィルターチップ３２１はその周り、少なくとも、シリコン層３２９の下面及び貫通孔３２５の内壁面を、二酸化シリコン膜やシリコン窒化膜などの保護膜３３７で覆ってもよい。保護膜３３７の材料としては、任意のシリコン以外の材料であり、親水性の高い材料が望ましい。親水性の高い材料とは、表面に極性または電荷を有する材料のことを表す。
【０１５２】
保護膜３３７でフィルターチップ３２１の周りを被覆することにより、親水性の向上およびフィルターチップ３２１の強度が増すことに加え、繊維状物質３１５のパターニング性を向上させることが可能となる。これは、繊維状物質３１５がシリコン上にのみ選択的に成長することが可能であるためである。
【０１５３】
繊維状物質３１５をＶＳＤ法またはＶＬＳ法で形成する際に、保護膜３３７を用いると、繊維状物質３１５は、よりパターニング性が向上する。保護膜３３７の材料は、シリコンまたは一酸化珪素よりも蒸気圧の高い材料を用いることが望ましい。例えば、保護膜３３７の材料としては、窒化シリコン、酸窒化シリコン、酸化アルミニウムなどのシリコンとの蒸気圧差の大きい、無機酸化物もしくは無機窒化物ならばよい。これらを総合的に考慮すると二酸化シリコンを主成分とした材料を保護膜として用いるのが、望ましい。
【０１５４】
なお、保護膜３３７として二酸化シリコン膜を用いた場合の形成方法として酸素ガスのみを導入し酸化させるドライ酸化を用いると生産性に優れるが、他の方法でも同様の効果が得られる。酸素ガスと水素ガスを１：２の割合で炉に送り込み、炉の導入口に近いところで水蒸気（Ｈ２Ｏ）を作る。そして、この水蒸気をシリコン表面に送り酸化させるウエット酸化や、ＨＣｌあるいはＣｌ２などのハロゲンを添加した雰囲気での酸化も使用することが可能である。これらの方法で、保護膜３３７として二酸化シリコン膜を形成した場合、結晶方位により二酸化シリコンの成長速度が異なるため、貫通孔３２５の開口部の形状は円形から徐々に角ばった形状となっていく。
【０１５５】
なお、保護膜３３７としては、二酸化シリコン膜に限らず、リンをドープしたいわゆるＰＳＧ膜、ボロンをドープしたいわゆるＢＳＧ膜、あるいはリンとボロンをドープしたＢＰＳＧなどのドープトオキサイド膜でもよい。また、ＣＶＤ法やスパッタ法やＣＳＤ法などの他の方法により形成した二酸化シリコン膜でもよい。
【０１５６】
なお、保護膜３３７は貫通孔３２５の内壁部だけでなく、触媒層３３６が形成されていない部分、すなわち、後に繊維状物質３１５が形成される部分以外の場所に全体的に被覆されていても同様の効果を有する。
【０１５７】
さらに、保護膜３３７が二酸化シリコン膜より形成された場合、保護膜３３７を軟化点以上の温度に熱処理することにより、保護膜３３７の表面が溶融し始め、表面が平滑化される（リフロー）。
【０１５８】
このとき、貫通孔３２５の内壁の表面は通常のエッチングでは実現が困難な二乗平均粗さＲｑ＝５．０ｎｍ以下の非常に平滑性に優れた面となる。この二乗平均粗さＲｑは、表面粗さの分布を測定した際の、平均値から測定値までの偏差の二乗を平均した値の平方根で定義される。
【０１５９】
熱処理を行い、貫通孔３２５の内壁の表面が平滑化されると、流路抵抗が小さくなるため、柔軟性や弾力性の低い被検体であっても貫通孔３２５を通過しやすい。
【０１６０】
ドープされていない、熱酸化によって形成された二酸化シリコン膜の場合には、軟化温度が１１６０℃と比較的高いが、ＰＳＧ膜の軟化点は１０００℃前後、ＢＳＧ膜やＢＰＳＧ膜の軟化点は約９００℃程度と軟化温度が低い。そのため、リフロー温度を低下させることができる。
【０１６１】
ＰＳＧ膜を用いる場合には、リン濃度が約６重量パーセントから約８重量パーセントである。ＢＰＳＧ膜を用いる場合には、ドーパント濃度は、ボロン濃度が約１重量パーセントから約４重量パーセント、および、リン濃度が約４重量パーセントから約６重量パーセントである。リン濃度が約７重量パーセントから約８重量パーセントより高くなると、酸化物中のリンと大気中の水分との間で反応する。また、ボロン濃度が約４重量パーセントより高くなると、高湿度においてガラスが不安定となる。
【０１６２】
また、保護膜３３７として、ＣＶＤ法により形成した二酸化シリコン膜を用いた場合には、軟化点が１０００℃前後と、熱酸化により形成した二酸化シリコン膜よりも軟化点が低くなるため、約１０００℃前後の熱で溶融させることができる。このため、省エネルギーかつ高精度なフィルターチップ３２１を形成できる。
【０１６３】
さらに、ＣＶＤ法により形成した二酸化シリコン膜は、４００℃以上の温度において、重合物が膜表面での流動性による自己平坦化特性を併せ持つ。
【０１６４】
ＣＶＤ法で形成する際に用いる原料としては、ＴＥＯＳ−Ｏ３が特に自己平滑性に優れているが、ＳｉＨ４−Ｏ２、ＴＥＯＳ−Ｏ２などのＳｉＨ４またはＴＥＯＳと酸化剤として作用するガスの組み合わせでもよい。
【０１６５】
二酸化シリコン膜がＣＶＤ法により形成されたものか、熱酸化によるものかは、その屈折率あるいは密度を比較することで分かる。ＣＶＤ法による二酸化シリコン膜は、その屈折率が約１．４６であり、熱酸化による二酸化シリコン膜は、その屈折率が約１．４８となる。なお、この屈折率は、波長が６３２．８ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザーを用い、エリプソメトリで測定した値である。
【０１６６】
また、二酸化シリコン膜の密度は、直接測定することは困難な為、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）のエッチングレートから分析することができる。ＢＨＦ（４８％ＨＦを１０ｍｌに対して、６８０ｍｌのＨ２Ｏに１１ｇＮＨ４Ｆを加えた溶液から１００ｍｌ取り出して加えた溶液）を用いた場合は、ＣＶＤ法による二酸化シリコン膜は、そのエッチングレートが約２０Å／ｍｉｎとなり、熱酸化による二酸化シリコン膜は、そのエッチングレートが約６．８〜７．３Å／ｍｉｎとなる。
【０１６７】
フィルターチップ３２１を軟化点以上の温度に保持することによって、貫通孔３２５の形状は真円に近づくが、貫通孔３２５の形状は保持された温度および時間などの条件と、保護膜３３７の形成厚みとによって変化する。保護膜３３７の形成厚みが大きいほど、この傾向は強くなる。フィルターチップ３２１の保持された温度が高いまたは保持された時間が長い場合には、大きな形状変化を引き起こすため、貫通孔３２５は、ほぼ真円の形状となりやすい。一方、フィルターチップ３２１の保持された温度が低いまたは保持された時間が短い場合には、貫通孔３２５は熱処理前の形状が比較的保たれた形状となる。
【０１６８】
次に、図２７に示すように、ＶＳＤ法を用いて、繊維状物質３１５からなるフィルター部３１４を形成する。
【０１６９】
このとき、繊維状物質３１５は、触媒層３３６が形成されている場所に選択的に所望の位置にのみ形成される。繊維状物質３１５の厚みは、条件によって制御が可能であるが、一般的に１〜５００μｍである。
【０１７０】
１０００〜１５００℃の高温かつ低酸素濃度での熱処理により、一酸化シリコンが蒸発した後に表面上に再付着して凝集し、二酸化シリコンが成長する。この時、一酸化シリコンはシリコン層３２９のシリコン表面に一体に広がるが、触媒層３３６が形成されている場所に選択的に再付着し、酸素と結合することによって、二酸化シリコンを主成分とした繊維状物質３１５が成長する。ＶＳＤ法においては、基材より一酸化シリコンを形成させることが繊維状物質３１５を形成するために重要な要素である。
【０１７１】
ここで、低酸素濃度とは、熱処理時の酸素分圧が低いことを示しており、雰囲気の圧力を大気圧より低くした減圧下であっても、他のガスによって置換されていてもよい。他のガスとは、例えば、Ｎ２、Ａｒ、ＣＯ等であり、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏとは異なり、酸化性の低いガスである。なお、酸素分圧が低すぎると、一酸化珪素が生じることができなくなるので、望ましい酸素分圧は数千Ｐａから１０−２Ｐａの範囲である。
【０１７２】
ここでは、シリコンからなる薄板３２２の第一の表面３２３に繊維状物質３１５からなるフィルター部３１４を形成したフィルターチップ３２１の製造方法について説明した。しかしながら、熱処理の雰囲気を変えることで、図２５のようにシリコン層３２９の上面にのみ繊維状物質３１５を形成することや、二酸化シリコン層３３０の上面のみに繊維状物質３１５を形成する（図示せず）ことを選択することができる。二酸化シリコン層３３０の上面のみに繊維状物質３１５を形成する場合は、図２３の工程で行った二酸化シリコン層３３０のエッチングが不要となる。
【０１７３】
例えば、二酸化シリコン層３３０の上面のみに繊維状物質３１５を形成する場合には、還元雰囲気により熱処理を行えばよい。還元雰囲気とは、ＮＨ３、Ｈ２、Ｎ２＋Ｈ２、ＣＯ、Ｈ２Ｓ、ＳＯ２、ＨＣＨＯ（ホルムアルデヒド）などのガスが存在する雰囲気のことを指す。
【０１７４】
また、第一のレジストマスク３３２、第二のレジストマスク３３５およびその他のレジストマスクを形成する位置によって、触媒層３３６を形成する位置を任意に変更することができる。つまり、貫通孔３２５のみ、薄板３２２の第一の表面３２３のみ、薄板３２２の第二の表面３２４のみ、薄板３２２の両面のみなどと、触媒層３３６を形成させたところのみに繊維状物質３１５を形成できる。その結果、フィルターチップ３２１の任意の位置に繊維状物質３１５を形成することが可能となる。
【０１７５】
これらを組み合わせることにより、図１６から図１９に示すように任意の位置に繊維状物質３１５を形成することが可能となる。
【０１７６】
ただし、図１９のように保持部３２６の内部に繊維状物質３１５からなるフィルター部３１４を形成した場合は、繊維状物質３１５が剥離しにくく、生産上好ましい。
【０１７７】
ここでは、基材を繊維状物質３１５の原料として用いるＶＳＤ法によって繊維状物質３１５を形成する方法を説明したが、他の形成方法を選択することも可能である。例えば、繊維状物質３１５の材料を他から供給するＶＬＳ法やエレクトロスピニング法等を用いてもよい。
【０１７８】
ＶＳＤ法は、セラミックや石英で形成された筒状の炉体に、表層に繊維状物質３１５の原料となる層と触媒金属材料とが形成された基材を導入する方法であり、原料となる層上または触媒金属上のみに選択的に繊維状物質３１５が形成される。
【０１７９】
炉体の一方から第一の原料となるガスおよび希釈ガス（例えば、Ｎ２、Ａｒ、ＣＯ等）を供給し、他端から排気する。さらに、第二の原料および触媒金属材料を表層に備えた基材を、例えば、１０００℃に加熱して、蒸発させる。その後に、第二の原料を、基板上の溶融した触媒に吸収させる。さらに、吸収した原料が触媒中で飽和され、第一の原料と結合することにより、繊維状物質３１５が形成される。
【０１８０】
ＶＳＤ法により、二酸化シリコンからなる繊維状物質３１５を形成する場合は、第一の原料がＯ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ等の酸化性のガスであり、第二の原料がシリコンを主成分とする材料である。
【０１８１】
ＶＬＳ法は、気相（Ｖａｐｏｒ）の半導体原料を、液状（Ｌｉｑｕｉｄ）の触媒金属の微小な液滴に吸収させた後に、液滴の下に半導体共晶物の固体（Ｓｏｌｉｄ）を析出させる方法であり、触媒金属上に選択的に繊維状物質３１５が形成される。
【０１８２】
ＶＬＳ法では、ｔｗｏ−ｚｏｎｅ  ｆｕｒｎａｃｅと呼ばれる電気炉装置が主に用いられている。ｔｗｏ−ｚｏｎｅ  ｆｕｒｎａｃｅは、セラミックや石英で形成された筒状の炉体を備え、上流側の領域と下流側の領域を異なる温度で加熱することができるようになっている。
【０１８３】
繊維状物質３１５を形成する場合には、炉体の一方から第一の原料となるガスと希釈ガス（例えば、Ｎ２、Ａｒ、ＣＯ等）を供給し、他端から排気する。上流側の領域には、粉状の固体である第二の原料を収納し、上流側の領域を、例えば、１０００℃に加熱して、第二の原料を蒸発させる。下流側の領域には、金属からなる触媒材料を表層に備えた基材を収納し、基板に形成された触媒金属が溶融する温度、例えば、５００℃に加熱し、上流側領域で蒸発させた第二の原料を、基板上の溶融した金属に吸収させる。吸収した原料が金属中で飽和されると、第一の原料と結合することにより、繊維状物質３１５が形成される。
【０１８４】
この場合もＶＳＤ法と同様に、二酸化シリコンからなる繊維状物質３１５を形成する場合は、第一の原料がＯ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ等の酸化性のガスであり、第二の原料がシリコンを主成分とする材料である。
【０１８５】
エレクトロスピニング法は、高圧電源、ポリマー溶液・貯蔵タンク、紡糸口、および、アースされたコレクターからなる装置が用いられる。ポリマー溶液は、タンクから紡糸口まで一定の速度で押し出される。紡糸口では、１０〜３０ｋＶの電圧が印加されており、電気引力がポリマー溶液の表面張力を越える時、ポリマー溶液のジェットがコレクターに向けて噴射される。この時、ジェット中の溶媒は徐々に揮発し、コレクターに到達する際には、ジェットサイズがナノレベルまで減少し、繊維状物質３１５が形成される。二酸化シリコンからなる繊維状物質３１５を得る際に用いられるポリマー溶液は、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）をエタノール、純水、塩化水素を混合したものが一般的に用いられる。
【０１８６】
本実施の形態では、シリコンからなる基材を薄板３２２に用いているので、ＶＳＤ法が簡易であり、高価な装置を必要とせず、パターニング性に優れた方法であるため望ましい。さらに、他の方法と比較して、微細かつ屈曲した繊維状物質３１５が得られるため、高い特性を持つフィルターデバイス３００を得ることが可能である。
【０１８７】
ＶＳＤ法でシリコンから繊維状物質３１５を作った場合は、触媒層３３６が形成されていたシリコン層３２９の上面（第一の表面３２３）に結晶面方位に従った凹凸が残留するため、判定が可能となる。
【０１８８】
なお、一枚の基板で複数のフィルターチップ３２１を同時に形成させる場合は、フィルターチップ３２１を個片化する必要がある。
【０１８９】
フィルターチップ３２１の上方形状は正方形形状、平行四辺形形状、長方形形状、円形状、楕円形状などが考えられる。中でも、一般的なガラス管やチューブを用いることが可能な、円形状が生産性において好ましい。この場合、ブレードダイシングによる加工性が低減する。ただし、レーザーを用いたダイシングやフィルターチップ３２１間のエッチングを用いることでフィルターチップ３２１の加工性は向上し、任意の形状を選択することが可能となる。
【０１９０】
レーザーを用いたダイシングを用いると、高速、チッピングレス、および高抗折強度な加工が可能となる。この場合、フィルターチップ３２１は薄く、小さくすることが可能である。レーザーダイシングによる加工は、熱による影響やデブリ汚染、フィルターチップ３２１表面方向への垂直なクラックの発生等により判別することができる。
【０１９１】
図２８は、本実施の形態におけるフィルターデバイスの要部拡大斜視図である。エッチングにより個片化を行うと、図２８に示すように、フィルターチップ３２１の外壁面にエッチングの跡が生じる。特に、エッチングとデポジションのサイクルを繰り返してエッチングを行っているため、この場合、フィルターチップ３２１の外壁面の側面の外周形状は、環状の凹部３３８と凸部３３９とからなる凹凸部３４０が形成されたスキャロップ形状と呼ばれる段差形状となる。段差は数ｎｍ〜数十ｎｍのオーダーである。また、フィルターチップ３２１の外壁面が上記段差形状を有することにより、キャピラリ３２０とフィルターチップ３２１との単位長さ当たりの接合表面積が増大し、密着性が向上するため望ましい。
【０１９２】
エッチングによる個片化は、図２２および図２３のエッチングの際に同時に行うことができ、生産性の観点からも望ましい。
【０１９３】
次に、このように形成されたフィルターチップ３２１をキャピラリ３２０に挿入する。
【０１９４】
挿入する方法は特には問わないが、液体をキャピラリ３２０に充填し、毛細管現象によりフィルターチップ３２１を吸引する方法がよい。
【０１９５】
キャピラリ３２０は、例えば、ガラスを用いることができる。
【０１９６】
フィルターチップ３２１とキャピラリ３２０との接合には、キャピラリ３２０であるガラスをバーナーであぶることにより、ガラスを溶融させ、フィルターチップ３２１と融着させる。この場合、充填する液体を揮発する材料として、例えば、水を用いることにより、フィルターチップ３２１とキャピラリ３２０との間は、直接接合される。直接接合とは、フィルターチップ３２１とキャピラリ３２０の間に共有結合が発生している場合を指す。また、陽極接合やＡｒにより接合表面を活性化して接合する方法や、Ｏ２プラズマとＮ２プラズマを組み合わせてＳｉＯＮ結合により接合する方法を用いてもよい。その場合、フィルターチップ３２１やキャピラリ３２０に比較的、融点の低い材料を用いることが可能となる。
【０１９７】
上記接合方法以外にも、接着層（図示せず）を用いて、フィルターチップ３２１はキャピラリ３２０を接合することが可能となる。
【０１９８】
接着層の材質は特に問わないが、ＰＤＭＳやＵＶ硬化樹脂などの接着性の樹脂、ＳｉＯ２等の無機材料、Ａｕ等の金属材料を用いればよい。金属材料を接着層として用いる場合には、共晶接合、Ａｕ−Ａｕ接合等を用いることが可能である。
【０１９９】
なお、保持部３２６が下方になるようにフィルターチップ３２１を挿入してもよい。
【０２００】
以下、本実施の形態のフィルターデバイス３００の効果について述べる。
【０２０１】
本実施の形態のフィルターデバイス３００は、フィルターチップ３２１部分を蓋などで覆う必要なく、かつ、溶液が通過する部分に必ず繊維状物質３１５をほぼ同じ密度で形成することができるので、キャピラリ３２０内に流入された溶液のろ過物を効率的に取り除くことができる。
【０２０２】
そして、蓋を形成する等してフィルターチップ３２１部分を封止する必要性がないため、フィルターデバイス３００の生産工程数を低減することも可能となる。
【０２０３】
さらには、繊維状物質３１５が薄板３２２（基材）と直接接合して形成されているため、その構造強度が強固である。そして、アスペクト比の高い繊維状物質３１５が互いに絡み合うように密集してフィルター部３１４を形成しているので、繊維状物質３１５が多方向に空隙を有することができる。これによって、様々な角度からのろ過物を吸着させることが可能となり、フィルター部３１４の信頼性を向上することが可能となる。さらに、上記構成により、繊維状物質３１５間の空隙が細かく、表面処理などを施さなくとも容易に被検体とろ過物とを分離し、被検体のみを抽出することが可能となる。
【０２０４】
また、本実施の形態の繊維状物質３１５の製造方法にて、繊維状物質３１５を形成した後に、エッチング処理を施すことがないため、繊維状物質３１５を破損する恐れがない。このため、フィルター部３１４の信頼性を向上することが可能となる。
【０２０５】
また、フィルターチップ３２１は上方形状が円形に形成されているため、ガラス管やゴムチューブ等、通常円形筒状のキャピラリ３２０への接続が容易となる。
【０２０６】
また、フィルターデバイス３００のキャピラリ３２０先端を生体試料の含まれた容器等に固定することで、流路に生体試料をそのまま導入することができ、別途コネクタを用いる必要性がない。
【０２０７】
また、キャピラリ３２０先端の生体試料の含まれた容器等への固定は、ワンタッチで行える操作のみであるため、操作が容易となる。
【０２０８】
（実施の形態４）
以下、本発明の実施の形態４におけるフィルターデバイスについて図面を参照しながら説明する。
【０２０９】
本実施の形態において、実施の形態３と同様の構成については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０２１０】
本実施の形態と実施の形態３との相違点は、フィルターチップ４２１を形成するための基材として、ＳＯＩ基板を用い、シリコン層（図示せず）を全て繊維状物質４１５の原料として用い、使い切ることにより繊維状物質４１５を形成し、形成された繊維状物質４１５と、二酸化シリコン層４３０とが直接接合している点である。
【０２１１】
図２９及び図３０は、本実施の形態のフィルターデバイスの要部拡大断面図である。
【０２１２】
図２９に示すように、本実施の形態のフィルターチップ４２１では、二酸化シリコン層４３０の下面に直接接合した繊維状物質４１５からなるフィルター部４１４が形成されている。この場合、ＳＯＩ基板を用いて、シリコン層４３１及び二酸化シリコン層４３０とをエッチングし、保持部４２６を形成する。その後に、シリコン層（図示せず）の下面のみに触媒層（図示せず）を形成する。繊維状物質４１５の形成を行う際にＶＳＤ法を用いることにより、シリコン層（図示せず）が消費され繊維状物質４１５を形成することができる。
【０２１３】
上記構成により、平行ではなく、絡み合って形成された繊維状物質４１５が二酸化シリコン層４３０に直接接合しているので、繊維状物質４１５がフィルターチップ４２１より剥離するのを抑制することが可能となる。これにより、繊維状物質４１５からなるフィルター部４１４の強度を保持できる。
【０２１４】
さらに、フィルターチップ４２１は、薄板が形成されておらず、繊維状物質４１５のみで形成されているため、ろ過物の観察が容易なフィルターを得ることが可能となる。
【０２１５】
本実施の形態の製造方法では、繊維状物質４１５を形成するために、シリコン層（図示せず）を全て消費しているため、繊維状物質４１５が破損される恐れがない。すなわち、あらかじめ繊維状物質を形成した後にエッチングなどにより貫通孔や凹部などを形成させてフィルターチップとする場合では、エッチングによって繊維状物質が破損してしまう恐れがあった。しかし本実施の形態の製造方法でフィルターチップを形成することにより、繊維状物質４１５は最終工程によって形成されるため、繊維状物質４１５がエッチングによって破損されることを阻止することが可能となる。
【０２１６】
また、シリコン層（図示せず）は全て繊維状物質４１５の原料となるため、実施の形態３と比べて、シリコン層（図示せず）にエッチングにより貫通孔を形成する工程や、貫通孔内壁を保持膜で被覆する工程などをする必要がなくなるので、生産効率が向上する。
【０２１７】
なお、原料となるシリコン層（図示せず）が厚ければ厚いほど、より多くの繊維状物質４１５を形成することができるため、フィルター効果を向上させることができる。その場合においても、フィルターチップ４２１そのものの強度を保持させるために、二酸化シリコン層４３０の厚みは５μｍ以上であることが好ましい。
【０２１８】
なお、図３０に示すように、二酸化シリコン層４３０からなる、貫通孔４２５を有する薄板４２２を形成し、薄板４２２の下面に繊維状物質４１５を直接接合して形成させることも可能である。
【０２１９】
この場合は、ＳＯＩ基板を用いて、シリコン層４３１をＳＯＩ基板の上方よりエッチングし保持部４２６を形成した後に、ＳＯＩ基板の下方よりシリコン層（図示せず）と二酸化シリコン層４３０に貫通孔４２５を形成する。その後、シリコン層４３１の下面のみに触媒層（図示せず）を形成する。繊維状物質４１５の形成を行う際にＶＳＤ法を用いることにより、シリコン層４３１が消費され繊維状物質４１５を形成することができる。上記製造方法により、二酸化シリコン層４３０のみで形成された、貫通孔４２５を有する薄板４２２を形成することが可能となる。
【０２２０】
なお、二酸化シリコン層４３０と二酸化シリコン層４３０に形成された複数の貫通孔４２５の下方とを被覆するように繊維状物質４１５を形成することも可能である。
【０２２１】
上記構成の場合、薄板が二酸化シリコン層つまり透過性の材料から構成されているため、ろ過物の観察等が容易なフィルターを得ることが可能となる。
【０２２２】
（実施の形態５）
以下、本発明の実施の形態５におけるフィルターデバイスについて図面を参照しながら説明する。
【０２２３】
図３１は、本実施の形態のフィルターデバイスの要部拡大断面図である。
【０２２４】
本実施の形態において、実施の形態１、実施の形態３と同様の構成については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０２２５】
本実施の形態と実施の形態１から実施の形態４との相違点は、フィルターチップ５２１にテーパが形成された保持部５２６を有する点である。
【０２２６】
図３１に示すように、本実施の形態のフィルターチップ５２１は、薄板５２２と、複数の貫通孔５２５とを備えている。薄板５２２は、シリコンを主成分とする。複数の貫通孔５２５は、この薄板５２２の第一の表面５２３と、第一の表面５２３に対向する第二の表面５２４とを貫通する。また、この第一の表面５２３と複数の貫通孔５２５の第一の表面５２３に開口された開口部の上方とを被覆するように、繊維状物質５１５が備えられている。繊維状物質５１５は、アモルファスのシリコン酸化物からなる。
【０２２７】
また、フィルターチップ５２１は、薄板５２２を保持するための保持部５２６を備える。
【０２２８】
保持部５２６は、保持部５２６の上面から板状の薄板５２２に向かって、開口部が狭くなるようなテーパが形成されている。テーパが形成されていることにより、貫通孔５２５周辺により効率的に被検体を集めることが可能となる。その結果、フィルターチップ５２１は、被検体のフィルター速度を向上させることが可能となる。
【０２２９】
フィルターチップ５２１を作製するための基材としてシリコン（１００）からなるシリコン単結晶基板を用いる。シリコン単結晶基板の方位は特に問わないが、加工性や汎用性の観点から、シリコン（１００）を含む基板を用いることが好ましい。
【０２３０】
アルカリ溶液を用いてエッチングすることによりシリコンからなる保持部５２６を形成する場合、シリコンの方位によるエッチングレートの差から、保持部５２６の形状はシリコン（１１１）面で囲まれたピラミッド形状となる。この時、保持部５２６の側面と板状の薄板５２２との成す角度Ｘは約５４°となっている。
【０２３１】
そのため、貫通孔５２５は、保持部５２６の側面と板状の薄板５２２との成す角度と保持部５２６の上面における開口部の寸法を考慮し、総合的に配置するのが望ましい。
【０２３２】
また、図３９に示すように、フィルターチップ５２１を作製するための基材として、シリコンを主成分とするシリコン層５４１の厚み方向の上面（図３９における下面）に、シリコンにボロンが高濃度にドープされたドープ層５４２が形成された基材を用いることも可能である。この場合、ドープ層５４２を薄板５２２として、シリコン層５４１を保持部５２６として用いることができる。
【０２３３】
アルカリ溶液をドープ層５４２のウェットエッチングに用いた場合に、ドープ層５４２のエッチング速度が近似的にボロン濃度の４乗に比例して低下する。そのため、ドープ層５４２はアルカリ溶液によるシリコン層５４１のウェットエッチングの際に、ストップ層として機能する。これにより、高精度にフィルターチップ５２１の形状を制御することが可能となる。
【０２３４】
また、ドープ層５４２としてボロンを用いた場合、その厚みは１〜３０μｍであり、ボロン濃度は２×１０１９ｃｍ−３以上である。シリコンへのボロン元素の注入には、イオン注入法を用いるのが適している。イオン注入法とはイオンを電気的に加速して個体にぶつけることで、特定の元素を基板内に注入する方法であり、深さ方向の濃度分布の制御性がよい。これにより、より高精度に所望の元素を添加することができる。その他にも、プラズマを用いた注入法や気相拡散あるいは、固相拡散といった熱拡散を用いることが可能である。これらの元素の注入法を実施した場合には、シリコン内部に添加した元素に濃度勾配が生じる。
【０２３５】
本実施の形態では、ドープ層５４２にボロンを用いたが、ドープ層５４２としてシリコンにゲルマニウム、リン等のその他のアルカリ溶液に対してエッチングレートを低減させる元素やこれらを組み合わせたものをドープして用いてもよい。
【０２３６】
ただし、ドープ層５４２は必ずしも形成されている必要はなく、エッチング処理時の時間管理によってエッチングストップを行うことも可能である。
【０２３７】
ボロンがドープされているドープ層５４２を用いる場合、アルカリ溶液によりエッチングを行うとシリコン（１１０）方向に平行な細かい縞が直交する線上模様が発生する。これはドープ層５４２に生じている高い引っ張り応力によるものである。
【０２３８】
次に、本実施の形態において、フィルターチップ５２１を作製するための基材として、シリコンを主成分とするシリコン層５４１の厚み方向の上面にドープ層５４２としてボロンドープ層が形成されたシリコン（１００）単結晶基板を用いた場合の製造方法を示す。
【０２３９】
図３２〜図３８は、本実施の形態におけるフィルターデバイスの製造工程を示す断面図である。
【０２４０】
図３２に示すように、基材の一面に形成されたドープ層５４２の上面（図３２における下面）に対し従来のフォトリソグラフィー技術を用いて第一のレジストマスク５３２を形成する。一枚の基材で複数のフィルターチップを同時に形成させる場合は、個々のフィルターチップに対して、所望する複数個の貫通孔の横断面と略同形状の複数個のマスクホール５３３をパターニングしておく。
【０２４１】
次に、図３３に示すように、ドープ層５４２のマスクホール５３３側から基材をエッチングして貫通孔５２５を形成していく。エッチング方法としては、高精度な微細加工が可能なドライエッチングが望ましい。ドライエッチングを行う場合、アスペクト比の高い（孔径に対し奥行きの深い）貫通孔５２５を形成するために、エッチングを促進するエッチングガスとエッチングを抑制する抑制ガスとを交互に用いる。
【０２４２】
本実施の形態では、エッチングガスとしてＳＦ６、抑制ガスとしてＣ４Ｆ８を用いる。貫通孔５２５の長さは、ドープ層５４２の厚み以上の長さで形成する。すなわち、ドープ層５４２だけでなくシリコン層５４１まで到達し、シリコン層５４１の一部に達するまで貫通孔５２５を形成する。通常、１〜５０μｍの深さを持つ深く垂直な貫通孔５２５を形成する。
【０２４３】
なお、第一のレジストマスク５３２の除去はこの時点で行ってもよいが、後に形成する第二のレジストマスクと同時に除去する方が効率も良く好ましい。
【０２４４】
次に、図３４に示すようにＣＶＤ法等の方法を用いて、二酸化シリコンからなる保護膜５３７を貫通孔５２５の内部および第一のレジストマスク５３２の上面（図３４における下面）に被覆する。保護膜５３７としては、二酸化シリコンの他、二酸化シリコンを主成分とする材料やシリコン窒化膜等からなるアルカリエッチングに耐性のある材料なら、特に材料やその形成方法は問わない。二酸化シリコンを主成分とした材料としては、二酸化シリコンにリンをドープしたいわゆるＰＳＧ膜、二酸化シリコンにボロンをドープしたいわゆるＢＳＧ膜、あるいは二酸化シリコンにリンとボロンをドープしたＢＰＳＧ膜などのドープトオキサイド膜でもよい。また、ＣＶＤ法の他、スパッタ法やＣＳＤ法などの他の方法により保護膜５３７を形成することもできる。シリコン窒化膜を保護膜５３７として用いた場合、保護膜５３７の厚みは数ｎｍ以上あればアルカリエッチングに対して、十分な耐性を持つ。
【０２４５】
ここで、保護膜５３７を貫通孔５２５内部に被覆することは必須ではないが、特にドープ層５４２を形成しない場合には、フィルターチップ５２１の形状を高精度にするためには保護膜５３７を形成することが望ましい。
【０２４６】
なお、必要に応じて保護膜５３７を軟化点以上の温度に熱処理してもよい。軟化点以上の温度に熱処理することにより、保護膜５３７の表面が溶融し始め、表面を平滑化する（図示せず）。
【０２４７】
次に、図３５に示すように、従来のフォトリソグラフィー技術を用いシリコン層５４１、すなわち基板のドープ層５４２と対向する面（図３５における上面）に対して第二のレジストマスク５３５を形成する。
【０２４８】
そして、図３６に示すように、第二のレジストマスク５３５側からＫＯＨまたはＴＭＡＨ溶液等のアルカリ溶液による異方性ウェットエッチングを用いて、保持部５２６を形成する。保持部５２６の深さはエッチングの時間によって制御することができる。本実施の形態においては、ドープ層５４２をフィルターチップ５２１の薄板５２２として用いることによって、アルカリ溶液によるシリコン層５４１のウェットエッチングの際に、エッチングストップを規定することが可能となる。その結果、フィルターチップ５２１の形状を高精度に制御することができる。
【０２４９】
このエッチングによって、シリコンの方位によるエッチングレートの差から、保持部５２６の形状をシリコン（１１１）面で囲まれたピラミッド形状とすることができる。このとき、シリコン層５４１の側面とドープ層５４２との成す角度Ｘは約５４°となっている。
【０２５０】
アルカリ溶液によるシリコンウエットエッチングの場合、エッチングの速度は、一般的にシリコン（１００）＞シリコン（１１０）＞＞シリコン（１１１）となる。つまり、保持部５２６のピラミッド形状は、基材面に対して垂直に見た場合、ピラミッド形状の上面の一辺が（１１０）方向を一辺として形成される正方形の形状となる。アルカリ溶液によるシリコンのウェットエッチングは、複数枚の一括処理がしやすく、装置が簡便であるだけでなく、ドープ層５４２を有する基材を用いることが可能となる。これにより、ドープ層５４２を有する基材はＳＯＩ基板に比べて安価に手に入れることができるため、コスト面においてもメリットを持つ。
【０２５１】
アルカリ溶液によるシリコンのウェットエッチングには、ＫＯＨなどのアルカリ金属の水酸化物、ＥＤＰ（エチレンジアミン、ピロカテコール、水の混合物）、ＴＭＡＨ、ＮａＯＨ，ＣｓＯＨ，ＮＨ４ＯＨ，ヒドラジンなどが用いられる。ＥＤＰの標準的な組成は、水１３３ｍＬ、エチレンジアミン１Ｌ、ピテカテコール１６０ｇ、ピラジン６ｇである。
【０２５２】
この中でも、ＫＯＨはドープ層５４２のエッチング速度が他と比較して小さくなるため、高精度なチップ形状が得られるため望ましい。
【０２５３】
また、シリコン（１００）を低、中濃度のＫＯＨ（１０ｍｏｌ／Ｌ以下、例えば、４ｍｏｌ／Ｌ程度）あるいはＥＰＤを用いてエッチングした場合、その表面は粗面となりやすい。一方、高濃度のＫＯＨ溶液（１０ｍｏｌ／Ｌ以上）を用いることによって、鏡面に近い（１００）面を得ることが可能となる。これにより流路抵抗の小さなフィルターチップ５２１を得ることが可能となる。
【０２５４】
なお、ＫＯＨは保護膜５３７として用いる二酸化シリコンとの選択比が比較的小さく、シリコン層５４１と二酸化シリコンのＫＯＨによるエッチングレートは、１５０：１である。つまり、３００μｍのシリコン層５４１をエッチングしようとすると、保護膜５３７として必要な二酸化シリコンの厚みは約２μｍである。
【０２５５】
二酸化シリコンからなる保護膜５３７のＫＯＨへの長時間の暴露によるエッチングを抑制するために、保護膜５３７の厚みを増加すればよい。保護膜５３７の厚みを増加することが生産上困難な場合には、ＫＯＨではなくＥＤＰを用いるのが望ましい。ＥＤＰの二酸化シリコンのエッチング速度はＫＯＨの約１／１００であるため、ＫＯＨを用いた場合に比べ保護膜５３７のエッチングを抑制することが可能となる。
【０２５６】
他にも、保持部５２６の形成は、ＳＦ６、ＣＦ４、Ｃｌ２、ＸｅＦ２等による、シリコンをエッチング可能なガスエッチングを用いることも可能である。ただし、これらの場合、シリコンの方位によるエッチングレートの差が出にくいため、保持部５２６は、はっきりしたピラミット形状にならず、比較的丸みを帯びた形状となる。
【０２５７】
特に、保持部５２６の上面からドープ層５４２によって形成されている薄板５２２に向かって、開口部が狭くなるようなテーパにするためには、これらのガスを用いたＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）を用いることが望ましい。
【０２５８】
なお、高精度なテーパ形状の制御が必要な場合には、図２１と同様にエッチングガスと抑制ガスとを交互に用いるエッチングを用いてもよい。
【０２５９】
図３６のように保持部５２６をウェットエッチングによって形成した後に、保護膜５３７を除去してもよい。特に図３４のように、シリコン層５４１まで保護膜５３７が被覆されている場合は、貫通孔５２５が保護膜５３７により塞がった状態となる。そのために、この時点で保護膜５３７を除去しておくことが望ましい。
【０２６０】
また、保護膜５３７の軟化点以上の温度に熱処理することによっても、貫通孔５２５を塞いだ保護膜５３７を除去することができる。これは保護膜５３７の軟化点以上の温度に熱処理することにより、保護膜５３７が溶融して、シリコン層５４１に形成された貫通孔５２５の形状に沿って保護膜５３７の形状が変形するためである。これにより、実施の形態３と同様に、図４０に示すような貫通孔５２５の内壁に保護膜５３７を形成したフィルターチップ５２１を得ることが可能となる。なお、保護膜５３７の形成の前に第一のレジストマスク５３２の除去を行う場合には、薄板５２２の第二の表面５２４にも保護膜５３７が形成される場合がある。
【０２６１】
次に、図３７に示すように、薄板５２２の第一の表面５２３（図３７における上面）すなわち貫通孔５２５の上方から触媒層５３６を形成する。この時、第二のレジストマスク５３５が形成されている領域には、第二のレジストマスク５３５の上面に触媒層５３６が形成されることになる。
【０２６２】
次に、図３８に示すように、第二のレジストマスク５３５を洗浄して剥離する。このとき、第二のレジストマスク５３５の上面に形成された触媒層５３６は、同時に洗浄される。これにより、薄板５２２の第一の表面５２３及び保持部５２６の内壁面にのみ選択的に触媒層５３６を形成することが可能となる。なお、この時、先に形成された第一のレジストマスク５３２も同時点で洗浄して剥離することができる。
【０２６３】
図３９および図４０は、本実施の形態におけるフィルターデバイスの要部拡大断面図である。
【０２６４】
次に、図３９に示すように、ＶＳＤ法を用いて繊維状物質５１５を形成する。このとき、繊維状物質５１５は触媒層５３６が形成されている場所に選択的に所望の位置にのみ形成される。この場合、繊維状物質５１５は、薄板５２２の第一の表面５２３上と貫通孔５２５の第一の表面５２３に開口された開口部の上方とを被覆するだけでなく、保持部５２６の内壁面にも形成することができる。そのため、フィルターチップ５２１さらにフィルター効果を向上することが可能となる。
【０２６５】
なお、実施の形態３と同様に、第一のレジストマスク５３２、第二のレジストマスク５３５を形成する位置によって、触媒層５３６を形成する位置を任意に変更することができる。つまり、貫通孔５２５の内壁のみ、薄板５２２の第一の表面５２３のみ、薄板５２２の第二の表面５２４のみ、薄板５２２の両面（すなわち、薄板５２２の第一の表面５２３及び第二の表面５２４）等、触媒層５３６を形成したところのみに繊維状物質５１５を形成できる。このため、任意の位置に繊維状物質５１５を形成することが可能となる。
【０２６６】
また、図４０に示すように、保護膜５３７を形成してもよい。これらを組み合わせることにより、任意の位置に繊維状物質５１５を形成することが可能となる。
【０２６７】
上記製造方法は、工数が少なく簡易な製造方法であることに加え、高価なＳＯＩウエハではなく、安価なシリコンウエハを用いることによって、生産性に優れたフィルターデバイスを提供することが可能となる。
【０２６８】
（実施の形態６）
以下、本実施の形態におけるフィルターデバイスを用いたセンサキットについて図面を用いて説明する。これまでの実施の形態と異なる点は、フィルターデバイスとセンサデバイスとが一体化したセンサキットとなっている点である。
【０２６９】
図４１および図４２は、本実施の形態におけるセンサキットの上面図である。
【０２７０】
図４１に示すように、本実施の形態のセンサキット６５０は、物質が含まれた溶液を投入させるための第一のポート６１２と、この第一のポート６１２に接続された第一の流路６１３が備えられている。第一の流路６１３には、繊維状物質６１５よりなるフィルター部６１４と、フィルター部６１４より下流方向に反応部６４３とが備えられている。この反応部６１３では、フィルター部６１４で抽出された被検体を検査することが可能であるため、フィルター部５１４で抽出された被検体を簡易的かつ高速で検査させることが可能となる。
【０２７１】
例えば、タンパク質、ＤＮＡなどの検査の場合であれば、反応部６４３に予め抗体を配置させておいてもよい。
【０２７２】
なお、反応の観察方法としては、蛍光顕微鏡での観察には限定されない。例えば、反応部６４３の両脇に入出力電極を備えたＳＡＷセンサを形成し、反応部６４３内に被検体がある場合とない場合での周波数差を観測することによって観察してもよい。
【０２７３】
なお、図４２に示すように、センサキット６５０の第一の流路６１３にはフィルター部６１４と反応部６４３とが交互に形成されていてもよい。すなわち、第一の流路６１３には上流から、フィルター部６１４ａ、反応部６４３ａ、フィルター部６１４ｂ、反応部６４３ｂ、フィルター部６１４ｃ、反応部６４３ｃが形成されている。この時、例えば各フィルター部６１４ａ、６１４ｂ、６１４ｃでのろ過物を異ならせることによって、１個のセンサキットのみで、複数のろ過物をろ過し、それぞれの反応部６４３ａ、６４３ｂ、６４３ｃで異なる検査を行うことができる。
【０２７４】
各フィルター部６１４ａ、６１４ｂ、６１４ｃでろ過物を異ならせるとは、例えば、第一の流路６１３の上流から順にフィルター部６１４の空隙を小さくさせることにより達成できる。
【産業上の利用可能性】
【０２７５】
本発明のフィルターデバイスは、分離フィルター、除菌フィルター、粒子フィルターといった各種フィルターデバイスに有用である。
【符号の説明】
【０２７６】
１００，２００，３００，４００，５００，６００    フィルターデバイス
１１１，２１１    基板
１１２，２１２，６１２    第一のポート
１１３，２１３，６１３    第一の流路
１１４，２１４，３１４，４１４，５１４，６１４    フィルター部
１１５，２１５，３１５，４１５，５１５，６１４    繊維状物質
１１６    枝分かれ部
２１７    第二のポート
２１８    第二の流路
２１９    第三のポート
３２０    キャピラリ
３２１，４２１，５２１    フィルターチップ
３２２，４２２，５２２    薄板
３２３，５２３    第一の表面
３２４，５２４    第二の表面
３２５，４２５    貫通孔
３２６，４２６    保持部
３２７    突起部
３２８    窪み部
３２９    シリコン層
３３０，４３０    二酸化シリコン層
３３１，４３１    シリコン層
３３２，５３２    第一のレジストマスク
３３３，５３３    マスクホール
３３４    凹部
３３５，５３５    第二のレジストマスク
３３６，５３６    触媒層
３３７，５３７    保護膜
３３８    凹部
３３９    凸部
３４０    凹凸部
５４１    シリコン層
５４２    ドープ層
６４３    反応部
６５０    センサキット
【図１】
2012039129.tif 000003
【図２】
2012039129.tif 000004
【図４】
2012039129.tif 000005
【図７Ｂ】
2012039129.tif 000006
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2012039129.tif 000009
【図１１】
2012039129.tif 000010
【図１２】
2012039129.tif 000011
【図１３】
2012039129.tif 000012
【図１４】
2012039129.tif 000013
【図１５】
2012039129.tif 000014
【図１６】
2012039129.tif 000015
【図１７】
2012039129.tif 000016
【図１８】
2012039129.tif 000017
【図１９】
2012039129.tif 000018
【図２０】
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【図２１】
2012039129.tif 000020
【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年12月4日(2012.12.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２５１】
アルカリ溶液によるシリコンのウェットエッチングには、ＫＯＨなどのアルカリ金属の水酸化物、ＥＤＰ（エチレンジアミン、ピロカテコール、水の混合物）、ＴＭＡＨ、ＮａＯＨ，ＣｓＯＨ，ＮＨ4ＯＨ，ヒドラジンなどが用いられる。ＥＤＰの標準的な組成は、水１３３ｍＬ、エチレンジアミン１Ｌ、ピロカテコール１６０ｇ、ピラジン６ｇである。
【国際調査報告】
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