(57)【要約】【課題】基板を不要に加熱することなく膜の凹みを解消することができるマイクロ流路チップの製造方法を提供する。【解決手段】本発明の製造方法は、一方の面に開放する流路溝を有する基板の面に流路溝を覆う膜を接合する第１の工程と、膜を接合した基板を膜を下側に向けて保持し、膜よりも下方に設けた熱源により膜を加熱する第２の工程とを有する。第１の工程において膜の流路溝に対応する部分が流路溝内に陥入した場合に、第２の工程において膜の陥入した部分を平坦に戻すことができる。これにより基板を不要に加熱することなく膜の凹みを解消することができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面に開放する流路溝を有する基板の前記面に前記流路溝を覆う膜を接合する第１の工程と、
前記膜を接合した前記基板を前記膜を下側に向けて保持し、前記膜よりも下方に設けた熱源により前記膜を加熱する第２の工程とを有し、
前記第１の工程において前記膜の前記流路溝に対応する部分が前記流路溝内に陥入した場合に、前記第２の工程において前記膜の陥入した部分を平坦に戻すことを特徴とするマイクロ流路チップの製造方法。
【請求項２】
前記熱源は、前記膜から離間して設けられている請求項１に記載のマイクロ流路チップの製造方法。
【請求項３】
前記熱源は、前記基板の前記面よりも大きい加熱面を有する請求項１又は２に記載のマイクロ流路チップの製造方法。
【請求項４】
前記第２の工程において、前記基板の前記面と前記加熱面とを平行に配置して加熱する請求項３に記載のマイクロ流路チップの製造方法。
【請求項５】
前記第２の工程において、前記基板の前記面と前記加熱面との距離を一定に保つスペーサを前記加熱面と前記膜との間に設ける請求項１ないし４のいずれか一項に記載のマイクロ流路チップの製造方法。
【請求項６】
前記第２の工程は、前記流路溝内を加圧する工程と前記膜の外側を減圧する工程の少なくとも一方を含む請求項１ないし５のいずれか一項に記載のマクロ流路チップの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ流路チップの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロリアクターやマイクロアナリシスシステムと呼ばれる化学反応システムや分析システムの微小化の研究が盛んに行われている。システムの微小化の利点として、微量の検体量で試験が可能となること、廃液の排出量が軽減されることなどが挙げられる。また、省スペースで持ち運びが可能であり、かつ、安価なシステムを構築することができる。
【０００３】
このようなシステムは、核酸、タンパク質、糖鎖などの分析や合成、微量化学物質の迅速分析、医薬品・薬物のハイスループットスクリーニングへの応用が期待されている。また、体積に対する表面積の比率が向上することにより、熱移動・物質移動の高速化が実現できるため、反応や分離の精密な制御、高速・高効率化、副反応の抑制が期待される。
【０００４】
具体的なシステムとして、マイクロ流路を持つマイクロ流路チップを用いる検討がなされている。一般にマイクロ流路チップは微細加工によりマイクロ流路を形成した基板に他の基板又は膜を貼り合わせること等により製造されている。基板や膜には高精度の寸法が要求されるため、加工が容易な樹脂基板や樹脂フィルムが多く使用される。しかしながら、マイクロ流路を形成した樹脂基板に樹脂フィルムを貼り付けると樹脂フィルムがマイクロ流路内へと凹み、マイクロ流路の寸法にバラツキが生じるという課題があった。
【０００５】
このような課題を解決するため特許文献１に開示される方法が提案されている。特許文献１に開示される方法は、樹脂基板と樹脂フィルムを熱融着により接合した後、これらの樹脂基板と樹脂フィルムとを熱アニールすることにより凹みを解消するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２００９／１１０２７０号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら特許文献１に記載される方法では樹脂基板と樹脂フィルムの全体を加熱するため、樹脂基板を不要に加熱してしまう。樹脂基板の不要な加熱は樹脂基板に歪みや反りを生じさせる可能性がある。さらに特許文献１に記載の方法では長い加熱時間を要するため、樹脂基板に歪みや反りを生じさせ得る。
【０００８】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、基板を不要に加熱することなく膜の凹みを解消することができるマイクロ流路チップの製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような目的は、下記（１）〜（６）に記載の本発明により達成される。
（１）一方の面に開放する流路溝を有する基板の前記面に前記流路溝を覆う膜を接合する第１の工程と、前記膜を接合した前記基板を前記膜を下側に向けて保持し、前記膜よりも下方に設けた熱源により前記膜を加熱する第２の工程とを有し、前記第１の工程において前記膜の前記流路溝に対応する部分が前記流路溝内に陥入した場合に、前記第２の工程において前記膜の陥入した部分を平坦に戻すことを特徴とするマイクロ流路チップの製造方法。
（２）前記熱源は、前記膜から離間して設けられている（１）に記載のマイクロ流路チップの製造方法。
（３）前記熱源は、前記基板の前記面よりも大きい加熱面を有する（１）又は（２）に記載のマイクロ流路チップの製造方法。
（４）前記第２の工程において、前記基板の前記面と前記加熱面とを平行に配置して加熱する（３）に記載のマイクロ流路チップの製造方法。
（５）前記第２の工程において、前記基板の前記面と前記加熱面との距離を一定に保つスペーサを前記加熱面と前記膜との間に設ける（１）ないし（４）のいずれか一項に記載のマイクロ流路チップの製造方法。
（６）前記第２の工程は、前記流路溝内を加圧する工程と前記膜の外側を減圧する工程の少なくとも一方を含む（１）ないし（５）のいずれか一項に記載のマクロ流路チップの製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、膜を下側に向けて保持して加熱するため、重力等の働きにより素早く凹みを解消することができる。また、膜の側から熱源により加熱するため、基板を不要に加熱することがなく、基板の歪みや反りの発生を効果的に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係るマイクロ流路チップの斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係るマイクロ流路チップの製造工程を説明した断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るマイクロ流路チップの製造工程を説明した断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係るマイクロ流路チップの製造工程を説明した断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係るマイクロ流路チップの製造工程を説明した断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係るマイクロ流路チップの製造工程を説明した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明のマイクロ流路チップの製造方法の好適な実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１３】
まず、本実施形態に係るマイクロ流路チップ１について説明する。
図１は本実施形態に係るマイクロ流路チップ１の斜視図である。本実施形態のマイクロ流路チップ１は、供給された試料を内部のマイクロ流路内で反応させ、又は分析するための器具である。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態のマイクロ流路チップ１は、流路溝２１が形成された基板２と、流路溝２１を覆うように基板２に接合された膜３とを備える。なお、図１において流路溝２１は実線で表しているがマイクロ流路チップ１の表面に形成されたものではなく、基板２に形成されたものである。
【００１５】
本実施形態では、基板２は板状をなしており、その一方の面２２に開放するように流路溝２１が形成されている。
基板２の材料としては、熱可塑性樹脂を用いることができ、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）などのポリオレフィン、ポリスチレン（ＰＳ）などのポリビニル、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などのポリアクリル、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）やシクロオレフィンコポリマー（ＣＯＣ）などを用いることができる。特に、成形性や成形した基板の硬度、耐薬液性の点からＣＯＰや、ＣＯＣを用いることが好ましい。
【００１６】
流路溝２１は、供給した試料を反応させ、又は分析する部分である。本実施形態では、流路溝２１は、基板２の長手方向に沿って１本形成されている。また、流路溝２１の横断面形状は、矩形をなしている。
【００１７】
なお、流路溝２１の横断面形状は矩形に限られず、マイクロ流路チップの使用目的に応じて三角形や五角形などの多角形、半円や長円などに形成することができる。また、流路溝の本数も１本に限られず複数本形成してもよい。また、流路溝２１の端部や途中に液体貯留部を設けてもよい。
【００１８】
流路溝２１の表面は、親水化処理や表面処置官能基の形成処理等の表面処理を施してもよい。このような表面処理として、例えば含酸素官能基を導入する処理が行われる。含酸素官能基を導入することにより、樹脂表面の親水性が向上し、スムーズな試料の送液が可能になる。導入される含酸素官能基としては例えば、アルデヒド基やケトン基などのカルボニル基、カルボキシル基、水酸基、エーテル基、パーオキサイト基、エポキシ基などの極性を有した官能基群が挙げられる。また、その導入処理としては例えば、プラズマ処理、コロナ放電処理、エキシマレーザー処理、フレーム処理などを用いることができる。
【００１９】
膜３は基板２の面２２に接合され、流路溝２１を封止する。本実施形態では膜３として樹脂フィルムが用いられる。膜３の材料としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）などのポリオレフィン、ポリスチレン（ＰＳ）などのポリビニル、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などのポリアクリル、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）やシクロオレフィンコポリマー（ＣＯＣ）などを用いることができる。
【００２０】
膜３には、必要により流路溝２１に試料を供給する注入口（図示せず）が設けられている。注入口は予め形成してもよいが、膜３に脆弱部を設け使用直前に注入口を形成するようにするとコンタミネーションを良好に防止することができ好ましい。
【００２１】
ここで本実施形態のマイクロ流路チップ１の代表的な寸法例について説明する。基板２は縦１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下程度、横１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下程度であり、厚さは０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下程度である。膜３は縦横の寸法が基板２と同等程度であり、厚さは０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下程度である。流路溝２１の大きさは、用途によって適宜設計することができる。流路溝２１の幅はマイクロメートル単位でもミリメートル単位でもよく、サンプルや試薬の使用量又は廃液の排出量の低減、熱移動・物質移動の高速化の観点からは、１μｍ以上１０００μｍ以下が好ましく、１００μｍ以上３００μｍ以下がさらに好ましい。また、流路溝２１の深さは、１０μｍ以上１００μｍ以下が好ましい。
【００２２】
なお、本実施形態のマイクロ流路チップには、膜体、ポンプ、バルブ、センサー、モーター、ミキサー、ギア、クラッチ、マイクロレンズ、電気回路等を組み合わせて複合化させることも可能であり、種々の用途に用いることができる。
【００２３】
次に、図２から図６に基づいて本実施形態のマイクロ流路チップ１の製造方法について説明する。図２から図６は、本実施形態に係るマイクロ流路チップ１の製造工程を説明した断面図である。図２は第１の工程を説明した図である。図３は基板２と膜３の接合により膜３に凹みが生じた状態を表した図である。図４は第２の工程において膜３を加熱する前の状態を説明した図であり、図５は加熱した後の状態を説明した図である。図６は膜３の凹みが解消した状態のマイクロ流路チップ１を表した図である。
【００２４】
本実施形態の製造方法は、流路溝２１が形成された基板２に膜３を接合する工程（第１の工程）と、基板２を膜３を下側に向けて保持し、さらに下方に設けた熱源４により膜３を加熱する工程（第２の工程）とを有する。以下では各工程について詳細に説明する。
【００２５】
第１の工程に先立ち、基板２及び膜３を用意する。基板２は例えば射出成形により作製すればよい。このときあらかじめ流路溝２１に対応する部分を成形型に形成しておくと、これらを同時に一体成形することができるので、大量生産に適する。なお、流路溝２１を後加工する場合は、ドリル等の機械加工、ホットエンボスによる加工、レーザーによる加工、ドライエッチングパターン加工、ウェットエッチングパターン加工等の加工方法を選択すればよい。また、膜３は例えば押出成形により作製することができる。
【００２６】
（第１の工程）
次いで、基板２の面２２に膜３を接合し、基板２と膜３が一体化したマイクロ流路チップ１を作製する。
接合は、例えば熱プレス機を用いた熱圧着により行う。すなわち、図２に示すように、熱プレス機（図示せず）に基板２と膜３とを載置し、膜３に力Ｆをかけた状態で加熱する。基板２と膜３の接合を熱圧着により行うと、流路溝２１が微小である場合にも流路溝２１に影響を与えないよう製造条件のコントロールが容易であり好ましい。
なお、接合には熱圧着のほかに接着剤を用いた方法、超音波融着、レーザー融着など種々の方法を用いることができる。
【００２７】
熱圧着では、熱プレス機を用いて一定時間、基板２又は膜３に用いられる樹脂の軟化点又はガラス転移温度付近の温度をかけることで接合を行う。このときの温度条件としては、用いる樹脂材料によって異なるが７０℃以上２００℃以下の温度で接合を行うことが好ましい。例えば、基板２及び膜３の材料としてシクロオレフィンポリマーを用いた場合、温度８０℃以上１００℃以下程度、圧力１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下程度、時間５分以上２０分以下程度が好ましい。温度、圧力および時間のいずれかが上記下限を下回ると基板同士が十分に圧着されないことがあり、基板間に隙間が残る場合がある。また、温度、圧力および時間のいずれかが上記上限を上回ると、基板が過度に溶融し流路溝２１等に寸法誤差が生じることがある。
【００２８】
第１の工程により接合した基板２と膜３は図３に示すように膜３が流路溝２１に凹み、膜３が湾曲した状態となっている。これは、加熱により柔らかくなった膜３が加圧されることにより流路溝２１に押し込まれるために生じると考えられる。このように膜３が凹むと流路溝２１の断面積が小さくなるため正確な分析等に支障をきたす可能性がある。また、予め凹み量を考慮して設計するとしても凹み量を制御しがたく、高精度のマイクロ流路チップ１を得ることは難しい。したがって、本実施形態では第２の工程で凹みの解消を行う。
【００２９】
（第２の工程）
第２の工程では、第１の工程で基板２に接合した膜３を再度加熱することにより凹みを解消する。図４に示すように、加熱の際には膜３を接合した基板２を、膜３の側を下側にして保持する。そして、膜３よりも下方に設けた熱源４により膜３を加熱する。すなわち、マイクロ流路チップ１を一方面から加熱して凹みの除去を行う。
【００３０】
加熱は基板２と膜３の熱圧着温度よりも高く、かつ、膜３が軟化する程度の温度で行う。膜３をこのような温度で加熱すると、基板２と膜３の接合部分への影響を小さくした状態で、膜３の流路溝２１を覆う部分を軟化させることができる。膜３の軟化した部分は重力の働きにより下方、すなわち基板２の外側へと変形する。これにより膜３の凹みが解消され、図５に示すように膜３の流路溝２１を覆う部分は平坦となる。
【００３１】
加熱条件は基板２及び膜３の材質や流路溝２１の寸法、凹みの大きさ等によって適宜調整される。例えば基板２及び膜３としてポリカーボネート（ＰＣ）を用いる場合には、加熱温度を１５０〜２００℃程度、加熱時間を６０〜１８０秒程度とすると膜３の凹みが良好に解消できる。
【００３２】
なお、加熱の際には流路溝２１内に加圧流体を導入して流路溝２１内を加圧してもよい。または、膜３の外側を減圧してもよく、あるいは加圧と減圧の双方を行ってもよい。このような加圧又は減圧は膜３の凹みを解消させる方向に作用する。したがって、加圧や減圧を行うことにより、より迅速に凹みを解消させることができる。
【００３３】
また、膜３の加熱は可能な限り膜３の全面に均一に熱がかかるように行うことが好ましい。均一に熱をかけることにより、マイクロ流路チップ１の様々な位置で生じる凹みを一律に除去することができる。
【００３４】
均一な加熱を行う一例として、熱源４を膜３と離間して設け、空気を介して膜３を間接的に加熱する方法が挙げられる。空気を介在させることにより、熱源４を膜３に直接接触させることに比べて、膜３を均一に加熱できる。また、空気が介在すると、熱源４の温度の変動による加熱ムラを低減することができる。
【００３５】
また、他の例として膜３よりも大きい加熱面を有する熱源４により加熱する方法が挙げられる。膜３よりも加熱面が大きいことにより膜３の均一な加熱が可能となる。さらに、熱源４の加熱面と膜３とを平行に配置するとより均一な加熱ができる。
【００３６】
本実施形態では熱源４としてホットプレートを用いる。図４、図５に示すように、ホットプレート上にスペーサ５を置き、スペーサ５の上に膜３を下側にしてマイクロ流路チップ１を載置する。スペーサ５はゴム板等の熱伝導率の低い材質で形成され、ホットプレート（熱源４）と膜３とを平行に保つ。このようにすると、膜３はホットプレートから離間した状態で、かつ、ホットプレートと平行に配される。したがって、膜３全体を均一に加熱することができる。
【００３７】
第２の工程の後、マイクロ流路チップ１を冷却して膜３を硬化させ、図６に示すマイクロ流路チップ１を得る。冷却は例えば室温にて放冷すればよい。また、冷却はマイクロ流路チップ１のどちらの面を上側として行ってもよい。
【００３８】
以上のようにして、基板２と膜３の接合時に生じた膜３の凹みを再度の加熱により解消することができ、寸法精度の高い流路溝２１を備えるマイクロ流路チップ１を得られる。
【符号の説明】
【００３９】
１    マイクロ流路チップ
２    基板
２１  流路溝
２２  面
３    膜
４    熱源
５    スペーサ
【図１】
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【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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