(57)【要約】  少なくとも２つの基板を積層したマイクロチップの製造方法において、下層の基板の基準穴を位置決めピンに挿入した後、粘着層を挟んで上層の基板の基準穴を位置決めピンに挿入する位置決め工程と、位置決め工程を行った基板を貼り合わせる貼り合わせ工程と、最上層の前記基板を加圧して圧着する圧着工程と、を有することを特徴とするマイクロチップの製造方法。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの基板を積層したマイクロチップの製造方法において、
下層の前記基板の基準穴を位置決めピンに挿入した後、上層の前記基板の基準穴を該位置決めピンに挿入する位置決め工程と、
前記位置決め工程を行った前記基板を粘着層を挟んで真空下で貼り合わせる貼り合わせ工程と、
最上層の前記基板を加圧して圧着する圧着工程と、
を有することを特徴とするマイクロチップの製造方法。
【請求項２】
少なくとも一つの前記基板は、樹脂材料を射出成形したものであることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のマイクロチップの製造方法。
【請求項３】
前記貼り合わせ工程は、少なくとも２つの前記基板を載置した気密室の内部を真空にすることにより、前記気密室の上面に上層の前記基板と平行に配設された弾性シートを気密室の内部に引き込み上層の前記基板と下層の前記基板とを密着させることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載のマイクロチップの製造方法。
【請求項４】
前記圧着工程は、真空下で行うことを特徴とする請求の範囲第１項乃至第３項の何れか１項に記載のマイクロチップの製造方法。
【請求項５】
前記圧着工程は、前記基板に密着した前記弾性シートの上にローラを移動させて加圧することを特徴とする請求の範囲第１項乃至第４項の何れか１項に記載のマイクロチップの製造方法。
【請求項６】
少なくとも２つの基板を積層して形成されたマイクロチップにおいて、
前記基板に積層する基準となる基準穴を設けたことを特徴とするマイクロチップ。
【請求項７】
少なくとも２つの基板を積層する真空貼付装置において、
前記基板を載置する気密室と、
前記気密室に設けられ前記基板の基準穴を挿入する位置決めピンと、
前記気密室の上面に前記基板と平行に配設された弾性シートと、
前記気密室の内部を真空にする真空ポンプと、
を有し、積層する順に前記基板を前記位置決めピンに挿入した後、前記真空ポンプにより前記気密室の内部を真空にすることにより前記弾性シートを前記気密室の内部に引き込み少なくとも２つの前記基板を密着させて前記基板を貼り合わせることを特徴とする真空貼付装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロチップの製造方法、マイクロチップ、真空貼付装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロマシン技術および超微細加工技術を駆使することにより、化学分析、化学合成などを行うための装置、手段（例えばポンプ、バルブ、流路、センサなど）を微細化して１チップ上に集積化したシステムが開発されている（例えば特許文献１参照）。これはμ−ＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｔｏｔａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｓｙｓｔｅｍ：マイクロ総合分析システム）、バイオリアクタ、ラボ・オン・チップ（Ｌａｂ−ｏｎ−ｃｈｉｐｓ）、バイオチップとも呼ばれ、医療検査、診断分野、環境測定分野、農産製造分野でその応用が期待されている。現実には遺伝子検査に見られるように、煩雑な工程、熟練した手技、機器類の操作が必要とされる場合には、自動化、高速化および簡便化されたミクロ化分析システムは、コスト、必要試量、所要時間のみならず、時間および場所を選ばない分析を可能とすることによる恩恵は多大と言える。【０００３】
各種の分析、検査ではこれらの分析用チップ（以下、チップ内に微細流路が設けられ、微細流路内において各種の反応を行う上記のようなチップを「マイクロチップ」という。）が用いられる。例えば、少なくとも２枚の基板から構成されるマイクロチップ内に作動流体を供給し、予め収容された試薬と検体を合流させて、合流部の下流域に形成された検出部で光学的検出手段により自動的に検査対象を検査するマイクロ総合分析システムが開示されている（例えば、特許文献２）。【０００４】
このようなマイクロチップは、流路を形成する溝を加工した流路基板と溝を覆う被覆基板を貼り合わせて形成した流路空間に試薬等を封入し、作動流体を注入するので、貼り合わせた基板間に隙間があると液漏れが発生し、検査が正しく行われない、という問題がある。【０００５】
マイクロチップの２つの基板を密着する方法として、流路をパターニングした自己シール性有する弾性材料からなる流路基板とガラス基板を接合する方法（例えば、特許文献３）が開示されている。また、金属やシリコンなどの半導体からなる２つの薄板を接合する方法（例えば、特許文献４）が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−２８５８９号公報
【特許文献２】特開２００６−２７５７３４号公報
【特許文献３】特開２００４−１０８２８５号公報
【特許文献４】特開２００６−１８７６８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２に開示されているようなマイクロ総合システムでは、マイクロチップが一回毎に使い捨てられるので、マイクロチップを安価で製造の容易な樹脂で作製することが望ましい。流路基板の加工は、金型を用いて樹脂基板を射出成型し、流路を形成する溝を形成したり、流体を注入するための穴を加工するのが一般的である。【０００７】
しかしながら、一般に樹脂基板を射出成型すると溝や穴にヒケやバリが発生したり、基板に反りが発生することがある。このような樹脂基板を貼り合わせると隙間が発生し、残留した空気が流路内の送液を妨げる場合がある。特に反応を促進するためマイクロチップを加熱した場合に残留した空気の影響が大きい。樹脂基板を貼り合わせるときのこれらの課題を解決する方法は特許文献２、３、４には開示されていない。【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、歩留まりが高く生産が容易なマイクロチップの製造方法、マイクロチップ、真空貼付装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の目的は、下記構成により達成することができる。【００１０】
１．
少なくとも２つの基板を積層したマイクロチップの製造方法において、
下層の前記基板の基準穴を位置決めピンに挿入した後、上層の前記基板の基準穴を該位置決めピンに挿入する位置決め工程と、
前記位置決め工程を行った前記基板を粘着層を挟んで真空下で貼り合わせる貼り合わせ工程と、
最上層の前記基板を加圧して圧着する圧着工程と、
を有することを特徴とするマイクロチップの製造方法。【００１１】
２．
少なくとも一つの前記基板は、樹脂材料を射出成形したものであることを特徴とする１に記載のマイクロチップの製造方法。【００１２】
３．
前記貼り合わせ工程は、少なくとも２つの前記基板を載置した気密室の内部を真空にすることにより、前記気密室の上面に上層の前記基板と平行に配設された弾性シートを気密室の内部に引き込み上層の前記基板と下層の前記基板とを密着させることを特徴とする１または２に記載のマイクロチップの製造方法。【００１３】
４．
前記圧着工程は、真空下で行うことを特徴とする１乃至３の何れか１項に記載のマイクロチップの製造方法。【００１４】
５．
前記圧着工程は、前記基板に密着した前記弾性シートの上にローラを移動させて加圧することを特徴とする１乃至４の何れか１項に記載のマイクロチップの製造方法。【００１５】
６．
少なくとも２つの基板を積層して形成されたマイクロチップにおいて、
前記基板に積層する基準となる基準穴を設けたことを特徴とするマイクロチップ。【００１６】
７．
少なくとも２つの基板を積層する真空貼付装置において、
前記基板を載置する気密室と、
前記気密室に設けられ前記基板の基準穴を挿入する位置決めピンと、
前記気密室の上面に前記基板と平行に配設された弾性シートと、
前記気密室の内部を真空にする真空ポンプと、
を有し、積層する順に前記基板を前記位置決めピンに挿入した後、前記真空ポンプにより前記気密室の内部を真空にすることにより前記弾性シートを前記気密室の内部に引き込み少なくとも２つの前記基板を密着させて前記基板を貼り合わせることを特徴とする真空貼付装置。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、溝状の流路を片面に形成した流路基板の基準穴と、被覆基板の基準穴を位置合わせした後、真空下で圧着して貼り合わせるので、積層型のマイクロチップを容易に生産できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態におけるマイクロチップ１の断面図である。
【図２】本発明におけるマイクロチップ１の流路基板２と被覆基板４の一例を説明するための平面図である。
【図３】位置決め工程を行うときの貼付装置９０の断面図である。
【図４】流路基板２と被覆基板４の位置決めを説明するための平面図である。
【図５】貼り合わせ工程を行うときの貼付装置９０の断面図である。
【図６】圧着工程を行うときの貼付装置９０の断面図である。
【図７】本発明のマイクロチップ１を用いた反応検出装置８０の外観図である。
【符号の説明】
【００１９】
１  マイクロチップ
２  流路基板
４  被覆基板
６  流路
８  廃液貯留部
１１  連通孔
１３  試薬収容部
１７  試料受容部
１８  反応部
１９  検出部
５３  弾性シート
５５、５６  位置決めピン
５７  中蓋
５９  下台
６１  真空ポンプ
６３、６４、６５  バルブ
８０  反応検出装置
９０  貼付装置
８２  収納体
８３  挿入口
８４  表示部
８５  メモリカードスロット
８６  プリント出力口
８７  操作パネル
８８  入出力端子
２００、２０１  基準穴
４００、４０１  基準穴
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明について詳細に説明する。本発明のマイクロチップは、板状のチップ内に設けられた微細流路または構造部において、各種の検査、化学分析、化学合成、試料の処理・分離などの目的で試料と試薬との反応を行うものである。【００２１】
本発明のマイクロチップの用途には、例えば、遺伝子増幅反応、抗原抗体反応などによる生体物質の検査・分析、その他の化学物質の検査・分析、有機合成などによる目的化合物の化学合成、薬効スクリーニング、薬品抽出、金属錯体の形成・分離などが含まれる。【００２２】
以下、図面に基づき本発明の実施形態を説明する。【００２３】
図１は、本発明の実施形態におけるマイクロチップ１の断面図である。【００２４】
マイクロチップ１のチップ全体の縦横サイズは、用途等にもよるが、典型的には数十ｍｍ、その高さは典型的には数ｍｍ程度である。【００２５】
マイクロチップ１は、流路６を内側の面に形成した流路基板２と流路６を覆う被覆基板４から構成される２層構造である。流路基板２に設けられた流路６は、流路幅が２００μｍ以下の微細流路と２００μｍを超える流路幅の粗流路から構成される。【００２６】
ここで、「流路幅」とは、流れ方向と垂直な断面が矩形である場合にはその横幅を表し、当該断面が矩形に類似した他の形状である場合にはその横幅の平均値を表す。流路の高さは、上記の細い流路と、それよりも広幅の流路とに関わらず目的に応じて適宜に設定されるが、例えば１０μｍ〜１０００μｍである。【００２７】
７８は駆動液注入口であり、駆動液注入口７８から注入した駆動液は連通する流路６を通って流路６の一部に収容された試薬などを送る。一方、検体注入口７９から注入された検体は流路６に流入し、図示せぬ試薬注入孔から注入された試薬などと所定の反応を行い、反応後の廃液は廃液貯留部８に貯留される。【００２８】
空気連通孔１１は駆動液など液体を注入した際に流路６内の空気を逃がすために設けられている。【００２９】
本発明のマイクロチップ１では、流路基板２、被覆基板４を射出成形により作製し、流路基板２と被覆基板４を重ね合わせて流路を形成する。流路溝が形成される流路基板２の樹脂材料としては、目的に応じて各種のものが使用できるが、例えば、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネートなどが挙げられる。被覆基板４は、例えば透明または半透明なシリコンゴムなどの弾性材料からなり、予めシリコン系粘着材などを塗布した被覆基板４を流路基板２に重ねて接着する。被覆基板４の厚みは１００μｍ程度である。【００３０】
図２は、本発明におけるマイクロチップ１の流路基板２と被覆基板４の一例を説明するための平面図である。図２（ａ）は被覆基板４の基板パターン、図２（ｂ）は流路基板２の基板パターンを示している。【００３１】
被覆基板４は、図２（ａ）に示すように連通孔１１と基準穴４００、４０１だけを形成したシート状の基板であり、金型を用いて基準穴４００、４０１と連通孔１１を形成する。【００３２】
流路基板２は、図２（ｂ）に示す溝のパターンと基準穴２００、２０１を形成した樹脂材料からなる基板であり、金型を用いて射出成形により作製する。樹脂材料としては、ポリプロピレンなどが用いられる。【００３３】
基準穴４００、４０１と基準穴２００、２０１は、後に説明する被覆基板４と流路基板２を貼り合わせる工程で位置決めのために用いる。基準穴４００、４０１の穴径は基準穴２００、２０１の穴径より小さくなっている。また、基準穴４０１、基準穴２０１は基板製作時の誤差を吸収するため長穴になっている。【００３４】
本実施形態のマイクロチップ１は、例えば遺伝子増幅反応に用いられるものであり、図２（ｂ）に示すように、流路基板２の一方の面には、２種類の試薬を収容する流路状の３つの試薬収容部１３が設けられている。【００３５】
図２（ｂ）に示す流路基板２の試薬収容部１３の上流側には、凹部２１１が設けられている。流路基板２と被覆基板４を貼り合わせると、凹部２１１は図２（ａ）に示す連通孔基板４に設けられた連通孔１１ａと連通する。連通孔１１ａは試薬注入口であり流路基板２と被覆基板４を貼り合わせた後、連通孔１１ａから試薬を注入し、連通孔１１ａを塞ぐ。【００３６】
また、連通孔１１ｂも試薬注入口であり同様に連通孔１１ｂから試料受容部１７に試薬を注入した後、連通孔１１ｂを塞ぐ。図２（ａ）に示すその他の連通孔１１は、マイクロチップ１に駆動液を注入したときに流路内の空気を逃がすための空気抜きの穴として設けられている。【００３７】
流路基板２の試薬収容部１３に収容された試薬は、駆動液注入口７８に連通されるそれぞれ別途の図示せぬマイクロポンプによって駆動液を注入され、試薬収容部１３から押し出されて合流部１５で合流し、その下流側の混合試薬収容部１６に混合試薬が収容される。【００３８】
この混合試薬は、流路状の試料受容部１７に注入された試料と下流で合流する。混合試薬と試料は、それぞれ別途の駆動液注入口７８に連通したマイクロポンプによって駆動液で下流へ押し出され混合される。混合試薬と試料との混合液は、反応部１８へ収容され加熱によって増幅反応が開始される。【００３９】
反応後の液は、検出部１９へ送出され、例えば光学的な検出方法などによって標的物質が検出される。【００４０】
図２（ｂ）の流路の最下流側には、廃液貯留部８が設けられ、上流の流路からの廃液は廃液貯留部８へ送出される。【００４１】
図１の一部断面図に示したように、本実施形態のマイクロチップ１は、流路溝が形成された流路基板２に被覆基板４を貼り合わせることにより流路が形成されている。次に、流路基板２に被覆基板４を貼り合わせる工程について図３、図４を用いて説明する。【００４２】
図３、図５、図６は、本発明の実施形態における流路基板２に被覆基板４を貼り合わせる際に用いる貼付装置９０の断面図、図４は流路基板２と被覆基板４の位置決めを説明するための平面図である。【００４３】
本発明では、真空下で流路基板２と被覆基板４を貼り合わせることにより、空気が流路基板２と被覆基板４の隙間に残らないようにしている。図３は、位置決め工程を行うときの貼付装置９０の断面図である。図５は、貼り合わせ工程を行うときの貼付装置９０の断面図、図６は圧着工程を行うときの貼付装置９０の断面図である。なお、これまでに説明した機能要素と同じ機能要素には同番号を付し、説明を省略する。【００４４】
図３を用いて貼付装置９０の構造について説明する。【００４５】
貼付装置９０の気密室Ｂは、下台５９を弾性シート５３が取り付けられた中蓋５７で密閉することにより構成される。中蓋５７は開閉可能であり、中蓋５７を閉じると下台５９の凹部と密閉した空間を形成する。弾性シート５３はゴムなどの弾性体からなるシートであり中蓋５７により四辺を支持されている。【００４６】
また、中蓋５７を覆う開閉可能な外蓋５８が設けられている。外蓋５８を閉じると、外蓋５８と中蓋５７により形成される空間は密閉された空間になる。外蓋５８と中蓋５７によって密閉された空間を外蓋空間Ａと呼ぶ。【００４７】
中蓋５７と下台５９の凹部により形成される外蓋空間Ａと、外蓋５８と中蓋５７により形成される気密室Ｂは、それぞれパイプ６６から連通する真空ポンプ６１によって吸引し真空状態にすることができる。パイプ６６は外蓋空間Ａ、気密室Ｂおよび真空ポンプ６１と連通し、バルブ６３、６４により経路を開閉することができる。外蓋５８に設けられた穴に取り付けられたバルブ６５は、外蓋空間Ａに空気を導入するためのバルブである。【００４８】
［位置決め工程］
５６は位置決めピンであり、基準穴４００と基準穴２００を位置決めピン５６に貫通することにより流路基板２と被覆基板４の位置決めをする。また、貼付装置９０には基準穴４０１と基準穴２０１を位置決めする位置決めピン５５も設けられている。位置決めピン５６の先端部は図３に図示するように基準穴４００に嵌合するよう直径が小さくなっている。また、図３に図示するように位置決めピン５６の先端部に次ぐ少なくとも流路基板２の厚みより長い部分は、基準穴２００に嵌合する直径であり、さらに下部は基準穴２００が入らない直径になっている。また、位置決めピン５６はバネ６７により図面上方向に付勢されている。位置決めピン５５も位置決めピン５６と同じ形状であり、基準穴４０１と基準穴２０１に嵌合し図示せぬバネにより付勢させている。【００４９】
図４では流路基板２に被覆基板４を重ねようとする状態を示している。貼付装置９０を用いて貼付を行うときは最初に流路基板２の基準穴２００を位置決めピン５６に、基準穴２０１を位置決めピン５５に挿入し、下台５９の中に載置する。次に、被覆基板４の基準穴４００、４０１を位置決めピン５６、５５に挿入することにより２枚の基板が透明な場合でも容易に位置合わせをすることができる。また、例えば図４に図示する流路基板２の凹部２１１と被覆基板４の連通孔１１ａの位置合わせを精度良く行うことができる。そのほかの連通穴や凹部についても同様であり流路基板２と被覆基板４に基準穴を設けることにより精度良く位置合わせができる。【００５０】
図３では、位置決めピン５６に流路基板２の基準穴２００が嵌合し、位置決めピン５５も流路基板２の図示せぬ基準穴２０１に挿入されている。また、被覆基板４の基準穴４００を位置決めピン５６に挿入し、図示せぬ基準穴４０１も位置決めピン５５に挿入した状態である。位置決めピン５６はバネ６７により、位置決めピン５５は図示せぬバネにより紙面上側に付勢され、位置決めピン５６、５５ともに紙面上下方向に移動可能である。【００５１】
図３の状態では位置決めピン５６、５５によって被覆基板４が支持され、被覆基板４と流路基板２の間には隙間が空いている。また、被覆基板４の流路基板２と対向する面には予め接着剤を塗布した粘着層５が形成されている。【００５２】
［貼り合わせ工程］
最初にバルブ６３、６４を空け、バルブ６５を閉じて真空ポンプ６１によって外蓋空間Ａ、気密室Ｂ内の空気を吸気し真空状態にする。【００５３】
次に、バルブ６３を閉じた後、バルブ６５を空け外蓋空間Ａに空気を導入する。すると、図５のように弾性シート５３は真空状態の気密室Ｂ側に引き込まれ、位置決めピン５６、５５に支持されている被覆基板４を押し込んで、粘着層５を挟んで被覆基板４を流路基板２に密着する。このようにすると、弾性シート５３を短時間で気密室Ｂ側に引き込み被覆基板４を貼り合わせることができる。【００５４】
なお、外蓋空間Ａは必ずしも真空にする必要はなく、最初からバルブ６３を閉じ、バルブ６５を開放にして真空ポンプ６１によって気密室Ｂだけを吸気し真空状態にしても被覆基板４を貼り合わせることができる。【００５５】
［圧着工程］
圧着工程では図６のように外蓋５８を空けて、弾性シート５３の上部を開放する。気密室Ｂは真空状態のままである。駆動機構６９により加圧ローラ６２を紙面下方向に下降させ弾性シート５３に圧接する。駆動機構６９は紙面左右方向に加圧ローラ６２を移動させ、弾性シート５３の上から被覆基板４と流路基板２を加圧し、被覆基板４と流路基板２の間に浮きが発生しないようにする。【００５６】
このように真空下で貼り合わせを行うと、流路基板２の溝や穴にヒケやバリが発生したり、基板に反りが発生していても、被覆基板４と流路基板２の間に空気を残存させることなく被覆基板４と流路基板２を接着することができる。また、作製したマイクロチップ１にも反りが発生することがない。【００５７】
図７は、本発明のマイクロチップ１を用いた反応検出装置８０の外観図である。【００５８】
反応検出装置８０はマイクロチップ１に予め注入された検体と、試薬との反応を自動的に検出し、表示部８４に結果を表示する装置である。【００５９】
反応検出装置８０の筐体８２には挿入口８３があり、マイクロチップ１を挿入口８３に差し込んで筐体８２の内部にセットするようになっている。なお、挿入口８３はマイクロチップ１を挿入時に挿入口８３に接触しないように、マイクロチップ１の厚みより十分高さがある。８５はメモリカードスロット、８６はプリント出力口、８７は操作パネル、８８は入出力端子である。【００６０】
検査担当者は図７の矢印方向にマイクロチップ１を挿入し、操作パネル８７を操作して検査を開始させる。反応検出装置８０の内部では、マイクロチップ１内の反応の検査が自動的に行われ、検査が終了すると液晶パネルなどで構成される表示部８４に結果が表示される。検査結果は操作パネル８７の操作により、プリント出力口８６よりプリントを出力したり、メモリカードスロット８５に挿入されたメモリカードに記憶することができる。また、外部入出力端子８８から例えばＬＡＮケーブルを使って、パソコンなどにデータを保存することができる。【００６１】
以上このように、本発明によれば、歩留まりが高く生産が容易なマイクロチップの製造方法、マイクロチップ、真空貼付装置を提供することができる。
【図１】
2009034819.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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2009034819.tif 000011
2009034819.tif 000012
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