(57)【要約】【課題】  溝の溝幅が狭く、高深度の流路を有するマイクロチップとその製造方法を提供する。【解決手段】  本発明のマイクロ流体チップ１９は、第１流路凸部１２と第２流路凸部１３が対称形状となるように形成されたマイクロ流体チップの成形型１６を用い、前記成形型１６に材料１７を充填、固化し、前記対称形状である第１流路３２と第２流路３３を有するマイクロ流体チップ１９を形成する工程と、前記対称形状の対称軸１４を元に前記第１流路３２と第２流路３３が内側となるように折り返し、接合することにより流路２０を形成する工程からなるように構成した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１流路凸部と第２流路凸部が対称形状となるように形成されたマイクロ流体チップの成形型を用い、
前記成形型に材料を充填、固化し、前記対称形状である第１流路と第２流路を有するマイクロ流体チップを形成する工程と、
前記対称形状の対称軸を元に前記第１流路と前記第２流路が内側となるように折り返し、接合することにより流路を形成する工程とを備えたことを特徴とするマイクロ流体チップの製造方法。
【請求項２】
前記成形型が、
１つ以上の前記対称形状の有する成形型であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ流体チップの製造方法。
【請求項３】
溝凸部が形成された測定部を有する成形型であって、
第１流路凸部と第２流路凸部が対称形状となるように形成された凸部を有し、前記第１流路凸部または前記第２流路凸部との対称位置に前記溝凸部が形成された測定部を有する成形型を用い、
前記成形型に材料を充填、固化し、前記対称形状である第１流路と第２流路と、前記対称位置に溝部が形成された前記測定部を有するマイクロ流体チップを形成する工程と、
前記対称形状の対称軸を元に前記第１流路と第２流路が内側となるように折り返し、接合することにより流路を形成する工程と、
前記対称位置の第２対称軸を元に前記溝部が外側となるように折り返し、接合することにより前記測定部を形成する工程とを備えたことを特徴とするマイクロ流体チップの製造方法。
【請求項４】
前記流路において、
前記流路の接合面に対して並行な面である底面幅対垂直である高さのアスペクト比が０．２〜２５である請求項１〜３に記載のマイクロ流体チップの製造方法。
【請求項５】
前記成形型の前記対称軸と前記第２対称軸上に、位置マークが形成されていることを特徴とする請求項１〜４に記載のマイクロ流体チップの製造方法。
【請求項６】
少なくとも１つ以上の第１流路を有する基板部と、
前記基板部の下面に前記第１流路と対称形状で対向するように接合された前記第２流路を有する蓋部からなることを特徴とするマイクロ流体チップ。
【請求項７】
前記基板部の上面に溝部が形成された測定部を有することを特徴とする請求項６に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項８】
前記流路において、
前記流路の接合面に対して並行な面である底面対垂直である高さのアスペクト比が０．２〜２５であることを特徴とする請求項６〜７に記載のマイクロ流体チップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高アスペクト比を有するマイクロ流体チップの流路とその製造方法に関するものである。
【０００２】
近年微少領域に於ける化学反応、分離・分析を行う技術が注目されており、Ｌａｂ−ｏｎ−ａ−ｃｈｉｐ、μ−ＴＡＳ（micro total analysis system）、集積型マイクロチップなどと呼ばれている。この技術は、システムの小型化、必要とするサンプルや試薬の低減と廃液量の低減、分析時間の短縮、システム全体の消費電力の低減など、多くの利点を有している。分析方法としては、数ｃｍ角程度以下のチップの表面に溝や孔が設けられたマイクロチップを使用し、この溝や孔における分離、濃縮又は反応等を利用して、微細空間中で微量試料の分析を行う方法が提案されている。
【０００３】
このようなマイクロ流体チップの材質として、ガラス、石英、シリコン等の無機材料が用いる場合、半導体微細加工技術において広く用いられている光リソグラフィー法を利用し、ガラス基板やシリコン基板上にミクロンオーダーの溝や孔を自在に形成する方法が使用されてきている（特許文献１参照）。
【０００４】
また、マイクロ流体チップの別の製造方法として、ガラス製部品の微細加工の製造方法も検討されている（特許文献２参照）。この方法は、ガラス粉末を所望の形状に成形した後、焼成し、ガラス化する方法である。
【０００５】
また、微細な溝や孔の形状の加工性や精度を有したマイクロ流体チップの生産性を高める方法として、マイクロ流体チップの材料にガラスや高分子材料などを使用し、予めマイクロ流体チップの成形型を形成し、液状の材料を成形型に充填、硬化することにより形成する製造方法も検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２０７９０１号公報
【特許文献２】特開２００９−２４２１２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、無機材料製のマイクロ流体チップの製造工程においては、光リソグラフィー法を用いるため、フォトレジストの塗布、露光、現像等の多くの工程数が必要となり生産コストが多大になるという点、エッチング工程で酸やアルカリを使用するため、環境面において悪影響を及ぼすという点などの問題点があった。また、溝形状を形成する際エッチングファクターの影響により、溝形状の溝幅が狭く、高深度の流路の形成が困難であることに加え、高深度の場合、エッチング処理に時間がかかることが懸念されている。
【０００８】
また、ガラスの微細加工の製造方法であるガラス焼成を用いた場合においては、マイクロ流体チップの溝を区画するガラス製の隔壁を薄型化し、溝を高深度にするための隔壁高さを高くすることにより隔壁が脆くなり、耐久性が低下する等の要因があるため、微細な加工が極めて困難であり、ガラス製の隔壁を薄く、高さを高くすることには限界があり、問題とされてきた。
【０００９】
また、マイクロ流体チップの材料として高分子材料を用いる場合、予めマイクロ流体チップの成形型を形成する際、通常フォトリソグラフィー法により形成される。しかし、フォトリソグラフィー法は、また溝形状を形成する際エッチングファクターの影響により、溝形状の溝幅が狭く、高深度の流路の形成が困難であることに加え、高深度の場合エッチング処理に時間がかかる点が、問題とされてきた。
【００１０】
したがって、本発明は上記問題を解決し、溝の溝幅が狭く、高深度の流路を有するマイクロチップとその製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、上記課題の解決するために以下のように構成した。
【００１２】
上記の目的を達成するために第１の発明は、マイクロ流体チップの製造方法であって、第１流路凸部と第２流路凸部が対称形状となるように形成されたマイクロ流体チップの成形型を用い、前記成形型に材料を充填、固化し、前記対称形状である第１流路と第２流路を有するマイクロ流体チップを形成する工程と、前記対称形状の対称軸を元に前記第１流路と前記第２流路が内側となるように折り返し、接合することにより流路を形成する工程からなるように構成した。
【００１３】
このように構成すると、多数の工程を経ることなく流路を形成することができ、また接合時にも位置合わせ容易になり、溝幅が狭く、高深度の流路を成形することができる。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明の構成において、前記成形型が、１つ以上の前記対称形状の有する成形型であることを特徴とするマイクロ流体チップの製造方法である。
【００１５】
第３の発明は、マイクロ流体チップの製造方法であって、溝凸部が形成された測定部を有する成形型であって、第１流路凸部と第２流路凸部が対称形状となるように形成された凸部を有し、前記第１流路凸部または前記第２流路凸部との対称位置に前記溝凸部が形成された測定部を有する成形型を用い、
前記成形型に材料を充填、固化し、前記対称形状である第１流路と第２流路と、前記対称位置に溝部が形成された前記測定部を有するマイクロ流体チップを形成する工程と、前記対称形状の対称軸を元に前記第１流路と第２流路が内側となるように折り返し、接合することにより流路を形成する工程と、前記対称位置の第２対称軸を元に前記溝部が外側となるように折り返し、接合することにより前記測定部を形成する工程からなるように構成された。
【００１６】
第４の発明は、第１〜第３の発明の構成において、前記流路において、前記流路の接合面に対して並行な面である底面対垂直である高さのアスペクト比が０．２〜２５であるマイクロ流体チップの製造方法である。
【００１７】
第５の発明は、第１〜第４の発明の構成において、前記成形型の前記対称軸と前期第２対称軸上に、位置マークが形成されていることを特徴とするマイクロ流体チップの製造方法である。
【００１８】
第６の発明は、マイクロ流体チップであって、少なくとも１つ以上の第１流路を有する基板部と、
前記基板部の下面に前記第１流路と対称形状で対向するように接合された前記第２流路を有する蓋部からなるように構成した。
【００１９】
第７の発明は、第６の発明の構成において、前記基板部の上面に溝部が形成された測定部を有するように構成した。
【００２０】
第８の発明は、第６〜７の発明の構成において、前記流路において、前記流路の接合面に対して並行な面である底面対垂直である高さのアスペクト比が０．２〜２５であることを特徴とするように構成した。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、第１の発明は、マイクロ流体チップの製造方法であって、第１流路凸部と第２流路凸部が対称形状となるように形成されたマイクロ流体チップの成形型を用い、前記成形型に材料を充填、固化し、前記対称形状である第１流路と第２流路を有するマイクロ流体チップを形成する工程と、前記対称形状の対称軸を元に前記第１流路と前記第２流路が内側となるように折り返し、接合することにより流路を形成する工程からなるように構成した。このように構成すると、多数の工程を経ることなく、通常のエッチング工程より短時間で溝形状の溝幅対溝高さの高アスペクト比を有する流路を成形することができる。また、対称形状を有する第１流路と第２流路を対称軸で折り返して接合するため、位置合わせも容易に流路を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明のマイクロ流体チップの流路の製造方法の一実施例を示す断面図である。
【図２】本発明のマイクロ流体チップの流路の製造方法の一実施例を示す斜視図である。
【図３】本発明のマイクロ流体チップの流路の製造方法の一実施例を示す断面図である。
【図４】本発明のマイクロ流体チップの流路の製造方法の一実施例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明のマイクロチップの製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００２４】
本発明のマイクロ流体チップ１９は、第１流路凸部１２と第２流路凸部１３が対称形状となるように形成されたマイクロ流体チップの成形型１６を用い、前記成形型１６に材料１７を充填、固化し、前記対称形状である第１流路３２と第２流路３３を有するマイクロ流体チップ１９を形成する工程と、前記対称形状の対称軸１４を元に前記第１流路３２と第２流路３３が内側となるように折り返し、接合することにより流路２０を形成する工程からなるように構成した。
【００２５】
［成形型］
本発明の成形型１６は、マイクロ流体チップ１９の流路２０となる第１流路３２と第２流路３３を正確にかつ完全に製造するために形成される成形型１６であって、第１流路３２と第２流路３３は、対称形状となるように形成された第１流路凸部１２と第２流路凸部１３を有する成形型１６により形成される。
対称形状は対称軸１４を元にそれぞれ第１流路凸部１２と第２流路凸部１３が形成されればよく、対称形状は少なくとも１つ以上あればよい。このとき、各対称軸１４を元に形成される第１流路凸部１２と第２流路凸部１３は、対称形状であればよく、それぞれの対称軸１４によって異なる形状であってもよい。
【００２６】
また、マイクロ流体チップ１９の成形型１６の形状は、溝凸部が形成された測定部２３を有する成形型１６であってもよい。溝凸部は、第１流路凸部１２または第２流路凸部１３と溝凸部とが、対称位置に形成されていればよく、溝凸部の形状は第１流路凸部１２または第２流路凸部１３と異なる形状であってもよい。流路２０は、第１流路凸部１２と第２流路凸部１３により形成される第１流路３２と第２流路３３を、対称軸１４を元に内側に折り返すことにより形成される。測定部２３を有するマイクロ流体チップ１９のときも同様に、第１流路３２と第２流路３３が内側となるように折り返し、接合することにより、流路２０が形成される。また、測定部２３は、第２対称軸２１を元に溝部２２が外側となるように折り返し、接合することにより測定部２３を形成することができる。
【００２７】
またマイクロ流体チップ１９の成形型１６に、対称軸１４と第２対称軸２１上に切込部の形状や後工程での切込部を形成するための位置合わせとなるマークなどを成形型１６に形成しておくことにより、切込部を有するマイクロ流体チップ１９を形成することができる。すなわち、切込部が形成されたマイクロ流体チップ１９は、切込部を元に、容易に折り返すことが可能となり、また切込部を形成する際の位置合わせもまた容易に行うことが可能となる。以下、成形型１６の形成方法について説明する。
【００２８】
成形型１６の形成方法は、基材１１にマイクロ流体チップ１９の流路２０である第１流路凸部１２と第２流路凸部１３を形成する。基材１１は、成形型１６のマスター型を成形する際に使用するものである。基材１１の材質としては、例えば、シリコン板、ステンレス板、セラミック板、アルミニウム板、ガラス板、プラスチック板などを用いることができる。なお、基材１１はシリコン板を使用することで、特に表面平滑性に優れたマイクロ流体チップ１９を形成することができる。
【００２９】
凸部１５は、第１流路凸部１２と第２流路凸部１３の総称であり、凸部１５の形状は、所望の流路２０の形状に合わせて、対称軸１４を元に、対称形状であれば、第１流路凸部１２と第２流路凸部１３を適宜変更することができる。対称形状である凸部１５の断面形状は、特に限定せず、対称形状を対向することにより、流路２０が形成できる形状であればよい。例えば、半円、四角形などの形状に形成することができる。特に、対向する凸部１５の形状を同形状にすると、成形型１６を形成する際にフォトリソグラフィー法を用いた場合、エッチング処理の時間を同じにすることができるため、短時間で、形成することが可能となる。
【００３０】
また、マイクロ流体チップ１９の形状に溝部２２を有する測定部２３が形成される場合、第２対称軸２１を元に所望の形状に溝部２２が形成されればよい。溝部２２の形状は、マイクロ流体チップ１９の流路２０内の分析を行う際に、溝部２２を介して光を透過できればよく、入射する光に対して垂直な形状で、また、表面は平滑で平坦に形成されているとよい。
【００３１】
凸部１５は、基材１１の上に樹脂層によって形成される。凸部１５は、ポジ型感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィー法、ネガ型感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィー法、凸版印刷法、凹版印刷法、平版印刷法、孔版印刷法、レーザーアブレーション法等の種々のパターン成型法を用いることができるが、マイクロ流体チップ１９の高精細さの観点から、感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィー法が好ましく、また、要求精度の成形型１６を形成することが可能なポジ型感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィー法が最も好ましい。
【００３２】
感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィー法を凸部１５のパターン形成法として適用する場合、基材１１、感光性樹脂層が順次積層されている感光性樹脂積層体から成形型１６の凸部１５を形成することが最も望ましい。感光性樹脂層の成型方法は、射出成型法、突出成型法、ラミネート法、バーコート法、スリットコート法、カンマコート法などの公知の方法を用いることができる。感光性樹脂積層体に公知の露光、現像の工程を経て、本発明の成形型１６を形成することができる。
【００３３】
［マイクロ流体チップ］
形成された成形型１６を金型１８で密閉し、材料１７を充填、加熱、固化させることによりマイクロ流体チップ１９が形成される。成形された成形型１６を金型１８で密閉する方法は、公知の方法を用いればよく、方法は特に限定しない。例えば、成形型１６を包囲するように金型１８をセットし、真空ポンプで真空引きする。真空引きされることにより脱気されるため、金型１８内部を機密性高く密閉することができる。
密閉された成形型１６内部に材料１７を挿入する方法は、公知の方法を用いればよく、特に限定しない。例えば、成形型１６内に射出成形法を用いて材料１７を充填することができる。
【００３４】
成形型１６内に流し込まれる材料１７は、透明でも不透明でもよく、特に限定しない。例えば、ガラス、ポリプロピレン、ポリエーテルサルフォン、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマー、ポリアリレート、ポリアミド、ポリジメチルシロキサン、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等の樹脂を使用することができる。成形後、自己吸着させたい場合、特に、透明性があり、自己吸着性がよく、形状再現性にも優れるものとして、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を必須成分としているものを使用することができる。また、使用する材料１７として、プラスチックフィルムやシートであっても良い。これら、プラスチックフィルムやシートに、金属酸化物薄膜、金属フッ化物薄膜、金属窒化物薄膜、金属酸窒化膜薄膜、あるいは高分子樹脂膜を積層したものをマイクロ流体チップ１９として利用してもよい。
【００３５】
また、これらの材料１７により形成されたマイクロ流体チップ１９は、あらかじめ加熱処理を行うことにより、マイクロ流体チップ１９内部や表面に吸着した水分を極力低減することができる。また、マイクロ流体チップ１９上に積層される材料１７に応じて、密着性を向上させるために、超音波洗浄処理、コロナ放電処理、プラズマ処理、ＵＶオゾン処理などの表面処理を施してから使用することが好ましい。
【００３６】
成形型１６内に流し込まれる材料１７がＰＤＭＳである場合、成形型１６を加熱することにより硬化させるとよい。成形型１６を加熱する方法としては、成形型１６内部まで加熱されればよく、加熱方法は特に限定しない。例えば、オーブンを使用して、オーブン内に成形型１６を投入させる方法などがある。オーブン内の温度は、６０〜１５０℃であればよく、特に好ましくは、１００〜１５０℃に設定されることが好ましい。加熱時間は、３０〜１８０分であればよい。
【００３７】
成形型１６内に流し込まれる材料１７がガラスやポリプロピレンなどの高分子材料１７の場合、成形型１６を冷却することにより硬化させるとよい。成形型１６を冷却する方法としては、成形型１６内部まで冷却できればよく、冷却方法は特に限定しない。例えば、金型１８周囲に冷却路を形成し、冷却水を流すことにより金型１８を冷却することができるため、成形型１６内まで冷却することが可能となる。
【００３８】
切込部は、マイクロ流体チップ１９を折り返しする際、折り返しをし易くするために形成されるものである。切込部は予め成形型１６に対称軸１４上に形成されていてもよく、また別途後工程により切込部を形成することもできる。
後工程により切込部を形成する際、対称軸１４上のへ切込部を形成する必要があるため、位置合わせが必要となる。切込部への位置合わせを容易にする方法としては、予め切込部に凹形状の線や破線の凹凸形状を成形型１６に入れておくことによりマイクロ流体チップ１９に目印となる切込部が形成され、位置合わせが容易となる。また別の方法として、予め、所定の位置にアライメントマークを形成し、機械等で位置合わせを行うことにより所定の位置へ配置することが可能となるため、所望する位置に切込部を形成することができる。
【００３９】
対称軸１４上に切込部を形成する方法としては、マイクロ流体チップ１９に切込を入れる面側と反対面側に１０〜１００μｍ程度、未切断部を形成して切込部を形成することができればよく、方法は特に限定しない。例えば、カミソリ刃、レーザーなどにより切込部を形成することができる。マイクロ流体チップ１９の材料にＰＤＭＳを使用する場合、カミソリ刃を使用すると好ましい。第２対称軸２１の場合は、測定部２３に形成された溝部２２側に切込部を形成する必要がある。これは、蓋部２４の上に溝部２２が外側を向くように測定部２３を形成するためである。
なお、第１流路３２と第２流路３３が内側となるように折り返し、接合する際、または測定部２３の溝部２２を外側へ折り返し、接合する際、未切込部を形成することにより、対称軸１４が安定的な基準軸となるため、安定的に対称形状の位置合わせを行うことが可能となる。つまり、容易にマイクロ流体チップ１９を成形することができる。
【００４０】
第１流路３２と第２流路３３が内側となるように折り返す方法としては、ゴミや埃などの混入がないように、対称形状である第１流路３２と第２流路３３を内側となるように折り返せばよく、折り返す方法としては、特に限定せず、公知の方法を持ちいればよい。
また、マイクロ流体チップ１９の形状に測定部２３を有する場合、測定部２３に形成された溝部２２を測定する際に使用するため、溝部２２が外側になるように折り返せばよい。折り返す方法は、第１流路３２と第２流路３３が内側となるように折り返す方法と同じでもよく、特に方法は限定しない。
【００４１】
マイクロ流体チップ１９を接合する方法としては、特に限定はなく、公知の方法を用いればよい。例えば、接着剤、熱融着、超音波、コロナ放電、プラズマ、ＵＶオゾンなどによる表面処理を施しによる接着、凹凸形状による形状接着、ＰＤＭＳなどの吸着機能を有するシートを挟むことによる接着方法などがある。マイクロ流体チップ１９の材料として、ＰＤＭＳを使用する場合、自己吸着性があるため、特に接着するための処理を必要としないため、容易に接着することができる。
【００４２】
このようにして得られた本発明のマイクロ流体チップ１９を図１〜４に示す。本発明のマイクロ流体チップ１９は、対称形状を有する第１流路３２と第２流路３３を、対称軸１４を元に折り返して接合されるため、成形時の位置合わせが容易になる。そのため、容易にマイクロ流体チップ１９の流路２０を製造することができ、また、溝形状の溝幅が狭く、溝の高さの高い流路２０を形成したマイクロ流体チップ１９も形成できるようになるため、溝幅対溝高さのアスペクト比が０．２〜２５のマイクロ流体チップ１９が得られる作用効果を有するものである。
【００４３】
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明はマイクロ流体チップ１９の流路２０に関し、特に溝の溝幅対溝高さのアスペクト比が０．２〜２５である流路２０を有するマイクロ流体チップ１９とその製造方法に関するものである。
【符号の説明】
【００４５】
１１    基材
１２    第１流路凸部
１３    第２流路凸部
１４    対称軸
１５    凸部
１６    成形型
１７    材料
１８    金型
１９    マイクロ流体チップ
２０    流路
２１    第２対称軸
２２    溝部
２３    測定部
２４    蓋部
２５    基板部
３２    第１流路
３３    第２流路
【図１】
2014202506.tif 000003
【図２】
2014202506.tif 000004
【図３】
2014202506.tif 000005
【図４】
2014202506.tif 000006