(57)【要約】  親水化された微細流路の形状を維持しつつ、マイクロチップ基板同士を強固に接合することが可能なマイクロチップの製造方法を提供する。マイクロチップ基板１０の微細流路１１が形成された面と、マイクロチップ基板１３の表面を、紫外線照射、イオンビーム照射、又はプラズマ照射によって活性化する。このとき、接合面の純水接触角が３０°以下、好ましくは１５°以下になるまで活性化を行う。その後、微細流路１１が形成された面を内側にして、圧力を加えながらマイクロチップ基板１０とマイクロチップ基板１３を接合する。
2008087800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの樹脂製基板のうち少なくとも１つの樹脂製基板には表面に流路用溝が形成され、前記２つの樹脂製基板を、前記流路用溝が形成されている面を内側にして接合するマイクロチップの製造方法であって、
前記２つの樹脂製基板のそれぞれに対して前記接合する面を活性化し、その後、圧力を加えながら前記２つの樹脂製基板を接合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】
前記接合する面の純水接触角が３０°以下になるまで前記活性化を行う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】
前記活性化後における前記接合する面は、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アルデヒド基のうち、少なくとも１つを含むことを特徴とする請求の範囲第１項又は請求の範囲第２項のいずれかに記載のマイクロチップの製造方法。
【請求項４】
前記接合する面に析出している離型剤、又は前記接合する面に付着している有機物が除去されるまで前記活性化を行う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５】
紫外線を前記接合する面に照射することで前記活性化を行うことを特徴とする請求の範囲第１項から請求の範囲第４項のいずれかに記載のマイクロチップの製造方法。
【請求項６】
プラズマを前記接合する面に照射することで前記活性化を行うことを特徴とする請求の範囲第１項から請求の範囲第４項のいずれかに記載のマイクロチップの製造方法。
【請求項７】
イオンビームを前記接合する面に照射することで前記活性化を行うことを特徴とする請求の範囲第１項から請求の範囲第４項のいずれかに記載のマイクロチップの製造方法。
【請求項８】
前記２つの樹脂製基板の厚さが０．５ｍｍ〜２．０ｍｍであることを特徴とする請求の範囲第１項から請求の範囲第７項のいずれかに記載のマイクロチップの製造方法。
【請求項９】
前記２つの樹脂製基板のうち、一方の樹脂製基板は、厚さが０．５ｍｍ〜２．０ｍｍで、表面に前記流路用溝が形成され、他方の樹脂製基板は、厚さが３０μｍ〜３００μｍであることを特徴とする請求の範囲第１項から請求の範囲第７項のいずれかに記載のマイクロチップの製造方法。
【請求項１０】
２つの樹脂製基板のうち少なくとも１つの樹脂製基板には流路用溝が形成され、前記２つの樹脂製基板を、前記流路用溝が形成されている面を内側にして接合されたマイクロチップであって、
前記２つの樹脂製基板の厚さが０．５ｍｍ〜２．０ｍｍであり、
前記２つの樹脂製基板のそれぞれにおける前記接合する面が活性化されていることを特徴とするマイクロチップ。
【請求項１１】
表面に流路用溝が形成され、厚さが０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの樹脂製基板と、厚さが３０μｍ〜３００μｍの樹脂製基板とが、前記流路用溝を内側にして接合され、前記２つの樹脂製基板のそれぞれにおける前記接合する面が活性化されていることを特徴とするマイクロチップ。
【請求項１２】
前記接合する面は、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アルデヒド基のうち、少なくとも１つを含むことを特徴とする請求の範囲第１０項又は請求の範囲第１１項のいずれかに記載のマイクロチップ。
【請求項１３】
前記２つの樹脂製基板は、同一の樹脂材料で構成されていることを特徴とする請求の範囲第１０項から請求の範囲第１２項のいずれかに記載のマイクロチップ。
【請求項１４】
前記樹脂材料は、非晶質シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）であることを特徴とする請求の範囲第１３項に記載のマイクロチップ。
【請求項１５】
前記樹脂材料は、メタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）であることを特徴とする請求の範囲第１３項に記載のマイクロチップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、流路用溝が形成されたマイクロチップの製造方法、及びマイクロチップに関する。
【背景技術】
【０００２】
微細加工技術を利用してシリコンやガラス基板上に微細な流路や回路を形成し、微小空間上で核酸、タンパク質、血液などの液体試料の化学反応や、分離、分析などを行うマイクロ分析チップ、あるいはμＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｔｏｔａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）と称される装置が実用化されている。このようなマイクロチップの利点としては、サンプルや試薬の使用量又は廃液の排出量が軽減され、省スペースで持ち運び可能な安価なシステムの実現が考えられる。【０００３】
マイクロチップは、少なくとも一方の部材に微細加工が施された部材２つをはり合わせることにより製造される。従来においては、マイクロチップにはガラス基板が用いられ、様々な微細加工方法が提案されている。しかしながら、ガラス基板は大量生産には向かず、非常に高コストであるため、廉価で使い捨て可能な樹脂製マクロチップの開発が望まれている。【０００４】
ここで、従来技術に係るマイクロチップの構成について図３及び図４を参照して説明する。図３は、従来技術に係るマイクロチップの上面図である。図４は、従来技術に係るマイクロチップの断面図であり、図３のIV−IV断面図である。マイクロチップ１００は、表面に微細流路１１１が形成されたマイクロチップ基板１１０と、微細流路１１１をカバーするための平板状のマイクロチップ基板１２０とを備えて構成されている。このマイクロチップ１００は、微細流路１１１を内側にしてマイクロチップ基板１１０、１２０を接合することで製造される。また、マイクロチップ１００には、ゲルや液体状の試薬を微細流路１１１に導入したり、微細流路１１１から排出したりするための開口部１１２が形成されている。図３及び図４に示す例では、微細流路１１１が形成されたマイクロチップ基板１１０に貫通孔が形成されており、マイクロチップ１１０、１２０を接合することで開口部１１２が形成される。この開口部１１２から微細流路１１１に試薬などを導入し、又は、微細流路１１１の試薬などを開口部１１２から排出する。【０００５】
このようなマイクロチップのように微細流路中に通液して検査を行うような素子においては、流路にタンパク質などの液体試料が付着しないように、流路表面に親水性の性質を付与する処理が行われている。流路表面に親水性の性質を付与する処理としては、ＳｉＯ２膜のコーティング、プラズマ処理、流路内に溶液を流すことによる表面修飾などの手法が挙げられる。【０００６】
一方、マイクロチップ基板を接合する方法として、接着剤を用いて接合する方法、有機溶剤で樹脂基板の表面を溶かして接合する方法（例えば特許文献１）、超音波融着を利用して接合する方法（例えば特許文献２）、熱融着を利用して接合する方法（例えば特許文献３）、レーザ融着を利用する方法などがある（例えば特許文献４）。【０００７】
ところが、接着剤や有機溶剤が微細流路にはみ出すと、親水性が阻害されてしまうため、マイクロチップ基板の接合方法としては、超音波融着、熱融着、レーザ融着などが用いられてきた。
【特許文献１】特開２００５−８０５６９号公報
【特許文献２】特開２００５−７７２３９号公報
【特許文献３】特開２００５−７７２１８号公報
【特許文献４】特開２００５−７４７９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、超音波融着、熱融着、レーザ融着では、熱エネルギーで樹脂基板の表面を溶解させるため、微細流路の形状の維持が困難であったり、マイクロチップ基板の接合不足が生じたりして、良好なマイクロチップを製造することが困難であった。例えば図４に示す微細流路１１１のように、熱エネルギーによるダメージを受けることにより、形状が変形してしまう場合がある。また、マイクロチップ基板１１０、１２０の接合面（図４中、破線で囲んだ部分Ａ）のように、熱エネルギーによるダメージを受けることにより、形状が変形して平坦性が失われる場合がある。このように接合面の平坦性が失われると、マイクロチップ基板１１０、１２０を強固に接合することが困難になる。【０００９】
この発明は上記の問題を解決するものであり、親水化された微細流路の形状を維持しつつ、マイクロチップ基板同士を強固に接合することが可能なマイクロチップの製造方法、及びマイクロチップを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明の第１の形態は、２つの樹脂製基板のうち少なくとも１つの樹脂製基板には表面に流路用溝が形成され、前記２つの樹脂製基板を、前記流路用溝が形成されている面を内側にして接合するマイクロチップの製造方法であって、前記２つの樹脂製基板のそれぞれに対して前記接合する面を活性化し、その後、圧力を加えながら前記２つの樹脂製基板を接合することを特徴とするマイクロチップの製造方法である。【００１１】
また、この発明の第２の形態は、第１の形態に係るマイクロチップの製造方法であって、前記接合する面の純水接触角が３０°以下になるまで前記活性化を行うことを特徴とする。【００１２】
また、この発明の第３の形態は、第１の形態又は第２の形態のいずれかに係るマイクロチップの製造方法であって、前記活性化後における前記接合する面は、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アルデヒド基のうち、少なくとも１つを含むことを特徴とする。【００１３】
また、この発明の第４の形態は、第１の形態に係るマイクロチップの製造方法であって、前記接合する面に析出している離型剤、又は前記接合する面に付着している有機物が除去されるまで前記活性化を行うことを特徴とする。【００１４】
また、この発明の第５の形態は、第１の形態から第４の形態のいずれかに係るマイクロチップの製造方法であって、紫外線を前記接合する面に照射することで前記活性化を行うことを特徴とする。【００１５】
また、この発明の第６の形態は、第１の形態から第４の形態のいずれかに係るマイクロチップの製造方法であって、プラズマを前記接合する面に照射することで前記活性化を行うことを特徴とする。【００１６】
また、この発明の第７の形態は、第１の形態から第４の形態のいずれかに係るマイクロチップの製造方法であって、イオンビームを前記接合する面に照射することで前記活性化を行うことを特徴とする。【００１７】
また、この発明の第８の形態は、第１の形態から第７の形態のいずれかに係るマイクロチップの製造方法であって、前記２つの樹脂製基板の厚さが０．５ｍｍ〜２．０ｍｍであることを特徴とする。【００１８】
また、この発明の第９の形態は、第１の形態から第７の形態のいずれかに係るマイクロチップの製造方法であって、前記２つの樹脂製基板のうち、一方の樹脂製基板は、厚さが０．５ｍｍ〜２．０ｍｍで、表面に前記流路用溝が形成され、他方の樹脂製基板は、厚さが３０μｍ〜３００μｍであることを特徴とする。【００１９】
また、この発明の第１０の形態は、２つの樹脂製基板のうち少なくとも１つの樹脂製基板には流路用溝が形成され、前記２つの樹脂製基板を、前記流路用溝が形成されている面を内側にして接合されたマイクロチップであって、前記２つの樹脂製基板の厚さが０．５ｍｍ〜２．０ｍｍであり、前記２つの樹脂製基板のそれぞれにおける前記接合する面が活性化されていることを特徴とするマイクロチップである。【００２０】
また、この発明の第１１の形態は、表面に流路用溝が形成され、厚さが０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの樹脂製基板と、厚さが３０μｍ〜３００μｍの樹脂製基板とが、前記流路用溝を内側にして接合され、前記２つの樹脂製基板のそれぞれにおける前記接合する面が活性化されていることを特徴とするマイクロチップである。【００２１】
また、この発明の第１２の形態は、第１０の形態又は第１１の形態のいずれかに係るマイクロチップであって、前記接合する面は、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アルデヒド基のうち、少なくとも１つを含むことを特徴とする。【００２２】
また、この発明の第１３の形態は、第１０の形態から第１２の形態のいずれかに係るマイクロチップであって、前記２つの樹脂製基板は、同一の樹脂材料で構成されていることを特徴とする。【００２３】
また、この発明の第１４の形態は、第１３の形態に係るマイクロチップであって、前記樹脂材料は、非晶質シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）であることを特徴とする。【００２４】
また、この発明の第１５の形態は、第１３の形態に係るマイクロチップであって、前記樹脂材料は、メタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
この発明によると、樹脂製基板の表面を活性化することで、樹脂製基板の表面に形成された流路用溝を親水化することができ、さらに、活性化後の樹脂製基板同士を接合することで、流路用溝の形状を維持しつつ接合することができる。また、樹脂製基板同士の接合面を平坦に維持することができるため、樹脂製基板同士を強固に接合することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明の実施形態に係るマイクロチップの断面図である。
【図２】この発明の実施例と比較例に関する条件を示す表である。
【図３】従来技術に係るマイクロチップの上面図である。
【図４】従来技術に係るマイクロチップの断面図であり、図３のIV−IV断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０、１３  マイクロチップ基板
１１  微細流路
１２  開口部
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
この発明の実施形態に係るマイクロチップの製造方法、及びその製造方法によって製造されるマイクロチップについて、図１を参照して説明する。図１は、この発明の実施形態に係るマイクロチップの断面図である。
（マイクロチップの構成）
この実施形態に係るマイクロチップは、マイクロチップ基板１０とマイクロチップ基板１３を備えて構成されている。マイクロチップ基板１０の表面には溝状の微細流路１１が形成されている。さらに、マイクロチップ基板１０には、基板を貫通して形成された貫通孔が形成されている。この貫通孔は微細流路１１に接して形成されており、マイクロチップ基板１０とマイクロチップ基板１３を接合することで開口部１２となる。マイクロチップ基板１０の接合の相手方となるマイクロチップ基板１３は、平板状の基板である。微細流路１１が形成されている面を内側にして、マイクロチップ基板１０とマイクロチップ基板１３を接合する。これにより、マイクロチップ基板１３が微細流路１１の蓋（カバー）として機能し、マイクロチップ基板１０に形成されている貫通孔は開口部１２となる。なお、マイクロチップ基板１０、１３が、この発明の「樹脂製基板」の１例に相当する。【００２９】
マイクロチップ基板１０の貫通孔は微細流路１１に接して形成されているため、その貫通孔による開口部１２は微細流路１１に繋がっている。この開口部１２は、ゲル、試料、緩衝液の導入、保存、排出を行うための孔である。開口部１２の形状は、円形状や矩形状の他、様々な形状であっても良い。この開口部１２に、分析装置に設けられたチューブやノズルを接続し、そのチューブやノズルを介して、ゲル、試料、又は緩衝液などを微細流路１１に導入し、又は、微細流路１１から排出する。
（マイクロチップ基板の材料）
マイクロチップ基板１０、１３には樹脂が用いられる。その樹脂としては、成形性（転写性、離型性）が良いこと、透明性が高いこと、紫外線や可視光に対する自己蛍光性が低いことなどが条件として挙げられるが、特に限定されるものではない。例えば、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン６、ナイロン６６、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリイソプレン、ポリエチレン、ポリジメチルシロキサン、環状ポリオレフィンなどが用いられる。マイクロチップ基板１０とマイクロチップ基板１３とで、同じ材料を用いても良く、異なる材料を用いても良い。【００３０】
また、マイクロチップ基板１０とマイクロチップ基板１３とで、同じ材料を用いることが好ましい。同じ材料であれば、マイクロチップ基板１０、１３を接合する際に、両基板の表面状態が等しくなるため、接合しやすいという効果がある。【００３１】
また、マイクロチップ基板１０、１３の材料に、非晶質シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）を用いることが好ましい。非晶質シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）は、低吸湿性であり、長時間の浸水に耐えるからである。また、低複屈折性、低バックグラウンドノイズの特性を有するからである。【００３２】
また、マイクロチップ基板１０、１３の材料に、メタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）を用いることが好ましい。メタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）は、低複屈折性、高透過性の特性を有するからである。
（マイクロチップ基板の形状）
マイクロチップ基板１０、１３の形状は、ハンドリング、分析しやすい形状であればどのような形状であっても良い。例えば、１０ｍｍ角〜２００ｍｍ角程度の大きさが好ましく、１０ｍｍ角〜１００ｍｍ角がより好ましい。マイクロチップ基板１０、１３の形状は、分析手法、分析装置に合わせれば良く、正方形、長方形、円形などの形状が好ましい。
（微細流路の形状）
微細流路１１の形状は、分析試料、試薬の使用量を少なくできること、成形金型の作製精度、転写性、離型性などを考慮して、幅、深さともに、１０μｍ〜２００μｍの範囲内の値であることが好ましいが、特に限定されるものではない。また、アスペクト比（溝の深さ／溝の幅）は、０．１〜３程度が好ましく、０．２〜２程度がより好ましい。また、微細流路１１の幅と深さは、マイクロチップの用途によって決めれば良い。なお、説明を簡便にするために、図１に示す微細流路１１の断面の形状は矩形状となっているが、この形状は微細流路１１の１例であり、曲面状となっていても良い。
（マイクロチップ基板の厚さ）
また、微細流路１１が形成されたマイクロチップ基板１０の厚さと、蓋（カバー）として機能するマイクロチップ基板１３の厚さは、ともに０．５ｍｍ以上であることが好ましい。マイクロチップ基板１０、１３の厚さが、ともに０．５ｍｍ以上であれば、接合後のマイクロチップの厚さが１．０ｍｍ以上となるため、取扱いや分析機器へのセッティングの際にたわむことが少ないからである。たわみが少なければ、接合面を剥離する力となる剪断力を面全体で分散して受けることができ、接合面が剥離しにくくなる。特に、マイクロチップ基板の接合力が弱くなる微細流路１１付近や開口部１２付近の強度を維持するために有効である。マイクロチップ基板１０、１３のそれぞれの厚さを２ｍｍより厚くすると、材料のロス、重量の増加、透明度の減少、熱伝導性の低下の原因となる。そのため、マイクロチップ基板１０、１３の厚さは、０．５ｍｍ〜２ｍｍがより好ましい。【００３３】
また、蓋（カバー）として機能するマイクロチップ基板１３に微細流路を形成しない場合、板状の部材ではなく、フィルム（シート状の部材）を用いても良い。この場合、フィルムの厚さは、３０μｍ〜３００μｍでることが好ましく、５０μｍ〜１５０μｍであることがより好ましい。このように、蓋（カバー）とするマイクロチップ基板１３の厚さを３０μｍ〜３００μｍとすることで、フィルムの柔軟性を利用して、接合しにくい微細流路１１付近や開口部１２付近において基板同士を十分に密着させることができ、良好な接合状態を実現できる。さらに、マイクロチップ基板１３をフィルム状とするとことで、低コスト化、重量の減少、透明度の増加、熱伝導率の向上などの効果がある。なお、マイクロチップ基板１３の厚さを３０μｍより薄くすると、フィルム自体の強度が不足し、取扱いや分析機器へのセッティングの際に破断してしまうおそれがある。
（マイクロチップの製造方法）
マイクロチップ基板１０とマイクロチップ基板１３を接合する前に、両基板の接合面を活性化する。具体的には、マイクロチップ基板１０に対しては、微細流路１１が形成されている面（マイクロチップ基板１３と接合する面）を活性化し、マイクロチップ基板１３に対しては、マイクロチップ基板１０と接合する面を活性化する。その後、微細流路１１を内側にして、圧力を加えながらマイクロチップ基板１０とマイクロチップ基板１３を接合する。
（活性化の方法）
活性化とは、原子や分子が光・熱などのエネルギーを得て高いエネルギー状態になることをいう。この実施形態においてマイクロチップ基板１０、１３の表面が活性化されるとは、マイクロチップ基板１０、１３の表面に付着している有機物などを光・熱などの高いエネルギーを照射することで分解、除去し、さらに表面の高分子主鎖を切断してラジカルを生成したり、表面にヒドロキシル基（−ＯＨ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、アルデヒド基（−ＣＨＯ）などの反応性の高い官能基を置換又は生成したりして、化学反応を起こし易い状態になることをいう。また、飛行時間型二次イオン質量分析装置（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）を使用すれば、試料表面の構成元素や化学構造に関する情報を得ることができるため、官能基が生成されたことを確認できる。なお、活性化するための照射条件は、基板材料すなわち高分子の種類、成形方法、添加剤の種類などにより異なる。また、各照射方法のなかでも、照射パラメータは多数存在するため、基板材料の種類などに応じて照射条件を変えて活性化を行う。活性化の手法としては、紫外線照射、プラズマ照射、イオンビーム照射が挙げられる。以下、紫外線照射、イオンビーム照射、及びプラズマ照射について詳しく説明する。
（紫外線照射の例）
紫外線照射によってマイクロチップ基板１０、１３の表面を活性化させる場合、波長が１７０ｎｍ〜１８０ｎｍの紫外線を基板表面に照射して活性化させることが好ましい。例えば、ウシオ電機株式会社製のエキシマ光照射ユニット（形式ＵＥＲ２０−１７２Ｃ）を使用し、波長が１７２ｎｍ、放射強度が１０ｍＷ／ｃｍ２の条件で、エキシマ光照射を行い、マイクロチップ基板１０、１３の表面を活性化する。マイクロチップ基板１０、１３の表面にエキシマ光を照射することで、表面の微量な有機物を分解、除去し、表面の高分子主鎖のＣ−Ｃ結合、Ｃ＝Ｃ結合を切断してラジカルを生成、さらには、高分子側鎖にヒドロキシル基（−ＯＨ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、アルデヒド基（−ＣＨＯ）などの反応性の高い官能基を置換又は生成してマイクロチップ基板１０、１３の表面を活性化させる。また、エキシマ光が空間に存在する酸素に直接作用することで、励起酸素原子、オゾンなどの活性酸素種を高濃度に発生させ、微量の有機物を分解、除去、側鎖の官能基の置換又は生成を行い、同様にマイクロチップ基板１０、１３の表面を活性化させる。【００３４】
例えば、波長が１７２ｎｍのエキシマ光の光エネルギーは１６６．６ｋｃａｌ／ｍｏｌであり、ほとんどの分子結合エネルギーよりも高いため、マイクロチップ基板１０、１３の表面の活性化には有効である。【００３５】
本特許出願に係る発明者が行った実験では、２００ｍＪ／ｃｍ２〜２０００ｍＪ／ｃｍ２の強度が望ましいことが確認された。２００ｍＪ／ｃｍ２未満の強度では、接触角の改善が不十分であり、２０００ｍＪ／ｃｍ２より高い強度で照射すると、樹脂が黄変してしまうことが分かった。ただし、樹脂の種類で適切な照射強度の範囲にばらつきがあり、成形された樹脂で適宜純水接触角を測定する、表面を分析するなどして、照射条件を調整する必要がある。
（イオンビーム照射の例）
また、イオンビーム照射によってマイクロチップ基板１０、１３を活性化させる場合、例えば、株式会社オプトラン製のＲＦイオンソース（形式ＯＩＳ−ｔｗｏ）を使用し、酸素ガス流量が５０ｓｃｃｍ、アルゴンガス流量が８ｓｃｃｍ、ビーム電圧が５００Ｖ、ビーム電流が４００ｍＡ、真空度が１．５×１０−２Ｐａの条件で、イオンビーム照射を行い、マイクロチップ基板１０、１３の表面を活性化する。マイクロチップ基板１０、１３の表面に酸素イオン、アルゴンイオンを照射することで、表面の微量な有機物を分解、除去し、表面の高分子主鎖のＣ−Ｃ結合、Ｃ＝Ｃ結合を切断してラジカルを生成、さらには高分子側鎖にヒドロキシル基（−ＯＨ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、アルデヒド基（−ＣＨＯ）などの反応性の高い官能基を置換又は生成してマイクロチップ基板１０、１３の表面を活性化させる。【００３６】
本特許出願に係る発明者が行った実験では、３００ｍＪ／ｃｍ２〜３０００ｍＪ／ｃｍ２の強度が望ましいことが確認された。３００ｍＪ／ｃｍ２未満の強度では、接触角の改善が不十分であり、３０００ｍＪ／ｃｍ２より高い強度で照射すると、樹脂が反ってしまうことが分かった。ただし、樹脂の種類で適切な照射強度の範囲にバラツキがあり、成形された樹脂で適宜純水接触角を測定する、表面を分析するなどして、照射条件を調整する必要がある。
（プラズマ照射の例）
また、プラズマ照射によってマイクロチップ基板１０、１３を活性化させる場合、例えば、サムコ株式会社製のプラズマドライクリーナー（形式ＰＣ−１０００）を使用し、酸素ガス流量が２００ｓｃｃｍ、ＲＦ出力が４００Ｗ、真空度が５０Ｐａの条件で、プラズマ照射を行い、マイクロチップ基板１０、１３の表面を活性化する。マイクロチップ基板１０、１３の表面にプラズマを照射することで、表面の微量な有機物を分解、除去し、表面の高分子主鎖のＣ−Ｃ結合、Ｃ＝Ｃ結合を切断してラジカルを生成、さらには高分子側鎖にヒドロキシル基（−ＯＨ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、アルデヒド基（−ＣＨＯ）などの反応性の高い官能基を置換又は生成してマイクロチップ基板１０、１３の表面を活性化させる。プラズマ中には、ガス、電子、励起種、イオン、ラジカルが存在し、それらがマイクロチップ基板１０、１３の表面に作用することで表面を活性化させる。【００３７】
本特許出願に係る発明者が行った実験では、３０Ｊ／ｃｍ２〜３００Ｊ／ｃｍ２の強度が望ましいことが確認された。上述したエキシマ光やイオンビームと比較して出力が著しく高いが、基板に照射したエネルギーのみを測定することが困難であり、投入した電力を単純に装置の照射面積で除算して算出した値だからである。ほとんどのエネルギーは、ガスの分解に利用されたと考えられる。３０Ｊ／ｃｍ２未満の強度では、接触角の改善が不十分であり、３００Ｊ／ｃｍ２より高い強度で照射すると、樹脂が反ってしまうことが分かった。ただし、樹脂の種類で適切な照射強度の範囲にバラツキがあり、成形された樹脂で適宜純水接触角を測定する、表面を分析するなどして、照射条件を調整する必要がある。
（純水接触角）
上記活性化は、マイクロチップ基板１０、１３の表面の純水接触角が３０°以下になるまで行う。また、マイクロチップ基板１０、１３の表面の純水接触角が１５°以下になるまで活性化を行うことがより好ましい。純水接触角が３０°以下になるまで活性化することで、マイクロチップ基板１０、１３を強固に接合することができ、１５°以下になるまで活性化することで、更に強固に接合できるからである。【００３８】
液滴面と固体面が接する点で、液滴面に接線を引いて固体面との間の角度をθとするとき、角度θをその液体のその固体上への接触角という。接触角が大きいときは、固体表面をぬらしにくくなり、小さいときは固体表面をぬらしやすくなる。ぬれは、固体表面に吸着されていた気体が液体にとってかわる現象であり、接触角を測定することで固体の表面自由エネルギーを求めることができる。【００３９】
接触角が、０°＜θ≦９０°の範囲にあるとき、
Ｗｉ＝γｓ−γｓｌ＝γｌ・ｃｏｓθの式が成立する。【００４０】
ただし、
Ｗｉ：浸漬のぬれ仕事
γｓ：固体の表面自由エネルギー
γｓｌ：固体と液体の界面の自由エネルギー
γｌ：液体の表面自由エネルギー
である。【００４１】
すなわち、接触角θが小さくなったとき、固体の表面自由エネルギーγｓは大きくなり、固体表面が親水性を示すとともに、表面が活性化されたといえる。【００４２】
本特許出願の発明者は、純水接触角の値と、樹脂製のマイクロチップ基板１０、１３の接合のしやすさを検討した結果、基板表面における純水接触角θが３０°以下であれば、マイクロチップ基板１０、１３の表面が十分に活性化され、マイクロチップ基板１０、１３を強固に接合できることを見出した。さらに、純水接触角θが１５°以下であれば、更に強固に接合できることを見出した。
（離型剤、有機物の除去）
また、この実施形態では、マイクロチップ基板１０、１３の表面に付着又は析出している離型剤や、ごみなどの有機物を除去するまで、マイクロチップ基板１０、１３の表面を活性化する。離型剤は、成形品を成形型から取り出すときの粘着を防止し、作業操作を容易にするために用いられ、流動パラフィン、高級脂肪酸、低分子ポリエチレン、シリコーン油などが主に用いられる。これら離型剤は金型の内面に塗布するか、成形材料の中に予め混合しておく。いずれの場合も、成形品の表面にごくわずかであるが、離型剤が付着又は析出しており、これらを除去しなければ、樹脂製のマイクロチップ基板１０、１３を強固に接合できないことが分かった。そこで、マイクロチップ基板１０、１３の表面に付着又は析出している離型剤や、ごみなどの有機物を除去するまで、マイクロチップ基板１０、１３の表面を活性化する。【００４３】
エキシマ光をマイクロチップ基板１０、１３の表面に照射することで、上述した活性酸素種が有機物の主成分である炭素に作用し、二酸化炭素などに酸化分解・揮発させることが可能であるため、マイクロチップ基板１０、１３の表面に付着又は析出している離型剤などの有機物を除去することができる。また、プラズマをマイクロチップ基板１０、１３の表面に照射した場合も同様に活性酸素種が発生するため、エキシマ光と同様の効果を奏することができる。また、プラズマにバイアスを印加すれば、加速されたイオンの衝撃で有機物を直接除去することも可能である。また、イオンビームをマイクロチップ基板１０、１３の表面に照射することで、加速されたイオンの衝撃で有機物を直接除去することが可能である。なお、マイクロチップ基板１０、１３にダメージを与えないように、イオンビームの運動エネルギーを適宜調整すれば良い。
（マイクロチップ基板の接合）
マイクロチップ基板１０、１３の表面を活性化させた後、微細流路１１が形成されている面を内側にして、マイクロチップ基板１０とマイクロチップ基板１３を合わせ、圧力を加えながらマイクロチップ基板１０、１３を接合する。表面が活性化されているため、マイクロチップ基板１０とマイクロチップ基板１３を接合することができ、マイクロチップが製造されたことになる。
（作用及び効果）
以上のように、紫外線照射、イオンビーム照射、又はプラズマ照射によってマイクロチップ基板１０、１３の表面を活性化させることで、マイクロチップ基板１０、１３の表面を親水化させることが可能となる。これにより、微細流路１１の内面を親水化させることが可能となる。また、いずれの方法においても、マイクロチップ基板１０、１３の表面の高分子層のみを活性化することができるため、微細流路１１の内面をひずませず、その形状を維持することができ、また、基板同士の接合面をひずませず、接合面の平坦性を維持することができる。このように、接合面を平坦に維持することができるため、接合不良になりにくく、マイクロチップ基板同士を強固に接合することが可能となる。例えば図１に示す接合面（破線で示す部分Ａ）においては、表面の高分子層のみが活性化されるため、接合面がひずまず、平坦な面を維持することできる。そのため、接合不良になりにくく、基板同士を強固に接合することが可能となる。このように、マイクロチップ基板１０、１３の表面を活性化させることで、微細流路１１の内面を親水化させ、さらに、基板同士を強固に接合することができるため、低コストでマイクロチップを製造することが可能となる。【００４４】
なお、この実施形態においては、マイクロチップ基板１０に微細流路１１と貫通孔を形成したが、この発明はこの形態に限定されない。マイクロチップ基板１０、１３のうち、いずれか一方のマイクロチップ基板に微細流路が形成されていれば良く、両方のマイクロチップ基板に微細流路が形成されていても良い。また、マイクロチップ基板１３に貫通孔を形成して、開口部を形成しても良い。
【実施例】
【００４５】
次に、具体的な実施例について図２を参照して説明する。図２は、実施例と比較例に関する条件を示す表である。まず、実施例に対する比較例について説明し、その後、実施例について説明する。
（比較例）
比較例では、図４に示す従来技術に係るマイクロチップを作製して評価を行った。
（マイクロチップ基板）
射出成形機で透明樹脂材料の環状ポリオレフィン樹脂（日本ゼオン社製、ゼオノア）を成形し、外形寸法が５０ｍｍ×５０ｍｍ×１ｍｍの板状部材に幅５０μｍ、深さ５０μｍの複数の微細流路と、内径２ｍｍの複数の貫通孔で構成される流路側マイクロチップ基板を作製した。この流路側マイクロチップ基板が、図４に示す微細流路１１１が形成されたマイクロチップ基板１１０に相当する。また、同様に外形寸法が５０ｍｍ×５０ｍｍ×１ｍｍのカバー側マイクロチップ基板を作製した。このカバー側マイクロチップ基板が、図４に示すマイクロチップ基板１２０に相当する。【００４６】
そして、微細流路を内側にして流路側マイクロチップ基板とカバー側マイクロチップ基板を合わせ、加熱プレス機にて１２０℃、１ｋｇｆ／ｃｍ２の条件下で１分間保持することで、基板同士を接合した。これにより、内径２ｍｍ、深さ１ｍｍの開口部（図４の開口部１１２に相当する）が形成された。
（評価）
比較例のマイクロチップをシリンジポンプにつなぎ、水を０．１３ＭＰａで圧送したところ、微細流路に水を流すことができたが、開口部付近から水が漏れてしまった。このように水が漏れてしまうと、試料を正確に混合できない、電気泳動の際に絶縁破壊してしまうなどの不具合が生じてしまう。開口部付近から水が漏れた原因は、開口部付近にわずかな成形ひずみが残留しており、基板の接合時に、開口部付近において、流路側マイクロチップ基板とカバー側マイクロチップ基板との間に隙間が生じてしまったためであると考えられる。
（実施例１）
次に、実施例１について説明する。実施例１では、プラズマ照射によってマイクロチップ基板の表面を活性化した。
（マイクロチップ基板）
射出成形機で透明樹脂材料の環状ポリオレフィン樹脂（日本ゼオン社製、ゼオノア）を成形し、外形寸法が５０ｍｍ×５０ｍｍ×１ｍｍの板状部材に幅５０μｍ、深さ５０μｍの複数の微細流路と、内径２ｍｍの複数の貫通孔で構成される流路側マイクロチップ基板を作製した。この流路側マイクロチップ基板が、上記実施形態における微細流路１１が形成されたマイクロチップ基板１０に相当する。また、同様に外形寸法が５０ｍｍ×５０ｍｍ×１ｍｍのカバー側マイクロチップ基板を作製した。このカバー側マイクロチップ基板が、上記実施形態における蓋（カバー）として機能するマイクロチップ基板１３に相当する。
（活性化処理）
サムコ（株）製のプラズマドライクリーナー（形式ＰＣ−１０００）を使用し、酸素ガス流量２００ｓｃｃｍ、ＲＦ出力４００Ｗ、真空度５０Ｐａの条件にて、流路側マイクロチップ基板とカバー側マイクロチップ基板の表面にプラズマを５分間照射した。これにより、流路側マイクロチップ基板の微細流路が形成された表面と、カバー側マイクロチップ基板の表面を活性化した。プラズマ照射後の流路側マイクロチップ基板の表面とカバー側マイクロチップ基板の表面の接触角は、１０°程度であった。【００４７】
また、光電子分光装置（ＥＳＣＡ）を使用して流路側マイクロチップ基板とカバー側マイクロチップ基板の表面状態を測定したところ、離型剤由来の成分は付着していないことが確かめられた。さらに、飛行時間型二次イオン質量分析装置（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）を使用し、流路側マイクロチップ基板とカバー側マイクロチップ基板の表面状態を測定したところ、ヒドロキシル基（−ＯＨ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、アルデヒド基（−ＣＨＯ）が生成されていることを確認した。
（接合）
そして、基板表面の活性状態が失われないよう、プラズマ照射後５分以内に大気開放してから、微細流路が形成された面を内側にして、流路側マイクロチップ基板とカバー側マイクロチップ基板を合わせ、１ｋｇｆ／ｃｍ２の力で圧着させ、基板同士を接合した。なお、実施例１においては、大気に開放した状態で基板同士を接合したが、プラズマ照射後に大気開放せずに真空中で基板同士を圧着させれば、より強固に接合できる。この接合によって、内径２ｍｍ、深さ１ｍｍの開口部（実施形態の開口部１２に相当する）が形成された。
（評価）
実施例１のマイクロチップをシリンジポンプにつなぎ、水を０．１３ＭＰａで圧送したところ、微細流路、開口部付近から液体が漏れることなく十分な密封性を示した。また、開口部の内面や微細流路の内面がプラズマ照射によって活性化されたことにより親水性を有するため、水や試薬を圧送しなくても毛細管現象によって、開口部や微細流路にスムースに導入できるという効果があることも分かった。
（実施例２）
次に、実施例２について説明する。実施例２では、紫外線照射によってマイクロチップ基板の表面を活性化した。
（マイクロチップ基板）
射出成形機で透明樹脂材料の環状ポリオレフィン樹脂（日本ゼオン社製、ゼオノア）を成形し、外形寸法が５０ｍｍ×５０ｍｍ×１ｍｍの板状部材に幅５０μｍ、深さ５０μｍ、の複数の微細流路と、内径２ｍｍの複数の貫通孔で構成される流路側マイクロチップ基板を作製した。この流路側マイクロチップ基板が、上記実施形態における微細流路１１が形成されたマイクロチップ基板１０に相当する。また、同様に外形寸法が５０ｍｍ×５０ｍｍ×１ｍｍのカバー側マイクロチップ基板を作製した。このカバー側マイクロチップ基板が、第２実施形態における蓋（カバー）として機能するマイクロチップ基板１３に相当する。
（活性化処理）
ウシオ電機製のエキシマ光照射ユニット（形式ＵＥＲ２０−１７２Ｃ）を使用し、波長１７２ｎｍ、放射強度１０ｍＷ／ｃｍ２の条件にて、流路側マイクロチップ基板とカバー側マイクロチップ基板の表面にエキシマ光を３０秒間照射した。これにより、流路側マイクロチップ基板の微細流路が形成された表面と、カバー側マイクロチップ基板の表面を活性化した。エキシマ光照射後の流路側マイクロチップ基板の表面とカバー側マイクロチップ基板の表面の接触角は、１０°程度であった。【００４８】
また、光電子分光装置（ＥＳＣＡ）を使用して流路側マイクロチップ基板とカバー側マイクロチップ基板の表面状態を測定したところ、離型剤由来の成分は付着していないことが確かめられた。さらに、飛行時間型二次イオン質量分析装置（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）を使用し、流路側マイクロチップ基板とカバー側マイクロチップ基板の表面状態を測定したところ、ヒドロキシル基（−ＯＨ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、アルデヒド基（−ＣＨＯ）が生成されていることを確認した。
（接合）
そして、基板表面の活性状態が失われないように、紫外線照射後１分以内に流路側マイクロチップ基板とカバー側マイクロチップ基板を合わせ、１ｋｇｆ／ｃｍ２の力で圧着させ、基板同士を接合した。この接合によって、内径２ｍｍ、深さ１ｍｍの開口部（実施形態の開口部１２に相当する）が形成された。
（評価）
実施例２のマイクロチップをシリンジポンプにつなぎ、水を０．１３ＭＰａで圧送したところ、微細流路、開口部付近から液体が漏れることなく十分な密封性を示した。また、開口部の内面や微細流路の内面が紫外線照射によって活性化されたことにより親水性を有するため、水や試薬を圧送しなくても毛細管現象によって、開口部や微細流路にスムースに導入できるという効果があることも分かった。
（実施例３）
次に、実施例３について説明する。実施例３では、イオンビーム照射によってマイクロチップ基板の表面を活性化した。
（マイクロチップ基板）
射出成形機で透明樹脂材料の環状ポリオレフィン樹脂（日本ゼオン社製、ゼオノア）を成形し、外形寸法が５０ｍｍ×５０ｍｍ×１ｍｍの板状部材に幅５０μｍ、深さ５０μｍの複数の微細流路と、内径２ｍｍの複数の貫通孔で構成される流路側マイクロチップ基板を作製した。この流路側マイクロチップ基板が、上記実施形態における微細流路１１が形成されたマイクロチップ基板１０に相当する。また、同様に外形寸法が５０ｍｍ×５０ｍｍ×１ｍｍのカバー側マイクロチップ基板を作製した。このカバー側マイクロチップ基板が、実施形態における蓋（カバー）として機能するマイクロチップ基板１３に相当する。
（活性化処理）
（株）オプトラン製のＲＦイオンソース（形式ＯＩＳ−ｔｗｏ）を使用し、酸素ガス流量５０ｓｃｃｍ、アルゴンガス流量８ｓｃｃｍ、ビーム電圧５００Ｖ、ビーム電流４００ｍＡ、真空度１．５Ｅ−２Ｐａの条件にて、流路側マイクロチップ基板とカバー側マイクロチップ基板の表面にイオンビームを３０秒間照射した。これにより、流路側マイクロチップ基板の微細流路が形成された表面と、カバー側マイクロチップ基板の表面を活性化した。イオンビーム照射後の流路側マイクロチップ基板の表面とカバー側マイクロチップ基板の表面の接触角は、１５°程度であった。【００４９】
また、光電子分光装置（ＥＳＣＡ）を使用して流路側マイクロチップ基板とカバー側マイクロチップ基板の表面状態を測定したところ、離型剤由来の成分は付着していないことが確かめられた。さらに、飛行時間型二次イオン質量分析装置（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）を使用し、流路側マイクロチップ基板とカバー側マイクロチップ基板の表面状態を測定したところ、ヒドロキシル基（−ＯＨ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、アルデヒド基（−ＣＨＯ）が生成されていることを確認した。
（接合）
そして、基板表面の活性状態が失われないよう、イオンビーム照射後５分以内に大気開放してから、微細流路が形成された面を内側にして、流路側マイクロチップ基板とカバー側マイクロチップ基板を合わせ、１ｋｇｆ／ｃｍ２の力で圧着させ、基板同士を接合した。なお、実施例３においては、大気に開放した状態で基板同士を接合したが、イオンビーム照射後に大気開放せずに真空中で基板同士を圧着させれば、より強固に接合できる。この接合によって、内径２ｍｍ、深さ１ｍｍの開口部（実施形態の開口部１２に相当する）が形成された。
（評価）
実施例３のマイクロチップをシリンジポンプにつなぎ、水を０．１３ＭＰａで圧送したところ、微細流路、開口部付近から液体が漏れることなく十分な密封性を示した。また、開口部の内面や微細流路の内面がイオンビーム照射によって活性化されたことにより親水性を有するため、水や試薬を圧送しなくても毛細管現象によって、開口部や微細流路にスムースに導入できるという効果があることも分かった。
（実施例４）
次に、実施例４について説明する。実施例４では、プラズマ照射によってマイクロチップ基板の表面を活性化した。
（マイクロチップ基板）
射出成形機で透明樹脂材料の環状ポリオレフィン樹脂（日本ゼオン社製、ゼオノア）を成形し、外形寸法が５０ｍｍ×５０ｍｍ×１ｍｍの板状部材に幅５０μｍ、深さ５０μｍの複数の微細流路と、内径２ｍｍの複数の貫通孔で構成される流路側マイクロチップ基板を作製した。この流路側マイクロチップ基板が、上記実施形態における微細流路１１が形成されたマイクロチップ基板１０に相当する。また、カバー側マイクロチップ基板には、透明樹脂フィルム（日本ゼオン社製、ゼオノアフィルム）を流路側マイクロチップ基板と同様の大きさに切断して使用した。フィルムの厚さは１００μｍである。このフィルム状のカバー側マイクロチップ基板が、実施形態における蓋（カバー）として機能するマイクロチップ基板１３に相当する。
（活性化処理）
サムコ（株）製のプラズマドライクリーナー（形式ＰＣ−１０００）を使用し、酸素ガス流量２００ｓｃｃｍ、ＲＦ出力４００Ｗ、真空度５０Ｐａの条件にて、流路側マイクロチップ基板とカバー側マイクロチップ基板の表面にプラズマを５分間照射した。これにより、流路側マイクロチップ基板の微細流路が形成された表面と、カバー側マイクロチップ基板の表面を活性化した。プラズマ照射後の流路側マイクロチップ基板の表面とカバー側マイクロチップ基板の表面の接触角は、１０°程度であった。【００５０】
また、光電子分光装置（ＥＳＣＡ）を使用して流路側マイクロチップ基板とカバー側マイクロチップ基板の表面状態を測定したところ、離型剤由来の成分は付着していないことが確かめられた。さらに、飛行時間型二次イオン質量分析装置（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）を使用し、流路側マイクロチップ基板とカバー側マイクロチップ基板の表面状態を測定したところ、ヒドロキシル基（−ＯＨ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、アルデヒド基（−ＣＨＯ）が生成されていることを確認した。
（接合）
そして、基板表面の活性状態が失われないよう、プラズマ照射後５分以内に大気開放してから、微細流路が形成された面を内側にして、流路側マイクロチップ基板とカバー側マイクロチップ基板を合わせ、１ｋｇｆ／ｃｍ２の力で圧着させ、基板同士を接合した。なお、実施例４においては、大気に開放した状態で基板同士を接合したが、プラズマ照射後に大気開放せずに真空中で基板同士を圧着させれば、より強固に接合できる。この接合によって、内径２ｍｍ、深さ１ｍｍの開口部（実施形態の開口部１２に相当する）が形成された。
（評価）
実施例４のマイクロチップをシリンジポンプにつなぎ、水を０．１３ＭＰａで圧送したところ、微細流路、開口部付近から液体が漏れることなく十分な密封性を示した。また、開口部の内面や微細流路の内面がプラズマ照射によって活性化されたことにより親水性を有するため、水や試薬を圧送しなくても毛細管現象によって、開口部や微細流路にスムースに導入できるという効果があることも分かった。【００５１】
以上のように、実施例１から実施例４によると、マイクロチップ基板の表面を、紫外線照射、イオンビーム照射、又はプラズマ照射によって活性化させることで、微細流路の内面を親水化させることができ、さらに、微細流路を破壊することなく、マイクロチップ基板同士を接合することが可能となる。なお、実施例１から実施例４に示したマイクロチップ基板の材料は１例であり、この発明がこれらに限定されるものではない。
【図１】
2008087800.tif 000003
【図２】
2008087800.tif 000004
【図３】
2008087800.tif 000005
【図４】
2008087800.tif 000006
【国際調査報告】
2008087800.tif 000007
2008087800.tif 000008