(57)【要約】  簡便な方法で製造することができ、かつ、品質の高い高性能なマイクロ流路デバイスを提供すること。  試料の分析に用いるマイクロ流路デバイスであって、少なくとも２枚の基板と、前記２枚の基板の間に挟持された弾性膜と、を有し、前記基板と前記弾性膜との少なくとも一部が、熱融着したマイクロ流路デバイスを提供する。また、試料の分析に用いるマイクロ流路デバイスを製造する方法であって、基板及び／又は弾性膜の接合表面を活性化する表面活性化処理工程と、少なくとも２枚の前記基板の間に、前記弾性膜を積層する積層工程と、前記基板と前記弾性膜との少なくとも一部を、熱融着させる熱融着工程と、を行うマイクロ流路デバイスの製造方法を提供する。
2017056638.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の分析に用いるマイクロ流路デバイスであって、
少なくとも２枚の基板と、
前記２枚の基板の間に挟持された弾性膜と、を有し、
前記基板と前記弾性膜との少なくとも一部が、熱融着したマイクロ流路デバイス。
【請求項２】
前記弾性膜の一部が、バルブ及び／又はポンプとして機能する請求項１記載のマイクロ流路デバイス。
【請求項３】
前記弾性膜の前記バルブ及び／又は前記ポンプとして機能する部分は、前記基板と熱融着していない請求項２記載のマイクロ流路デバイス。
【請求項４】
前記基板の流路部分は、前記弾性膜と熱融着していない請求項１記載のマイクロ流路デバイス。
【請求項５】
試料の分析に用いるマイクロ流路デバイスを製造する方法であって、
基板及び／又は弾性膜の接合表面を活性化する表面活性化処理工程と、
少なくとも２枚の前記基板の間に、前記弾性膜を積層する積層工程と、
前記基板と前記弾性膜との少なくとも一部を、熱融着させる熱融着工程と、
を行うマイクロ流路デバイスの製造方法。
【請求項６】
前記表面活性化処理工程では、エネルギー線照射を行う請求項５記載のマイクロ流路デバイスの製造方法。
【請求項７】
前記エネルギー線照射が、紫外線照射である請求項６記載のマイクロ流路デバイスの製造方法。
【請求項８】
前記紫外線照射における紫外線の波長が、２００ｎｍ以上である請求項７記載のマイクロ流路デバイスの製造方法。
【請求項９】
前記紫外線照射は、オゾン雰囲気下で行われる請求項８記載のマイクロ流路デバイスの製造方法。
【請求項１０】
前記表面活性化処理工程では、前記基板及び／又は前記弾性膜の一部をマスクした状態で、接合表面の一部を活性化する請求項５記載のマイクロ流路デバイスの製造方法。
【請求項１１】
前記積層工程を行う前に、前記基板及び／又は前記弾性膜を平坦にする平坦処理工程を行う請求項５記載のマイクロ流路デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、マイクロ流路デバイスに関する。より詳しくは、マイクロ流路デバイス及び該マイクロ流路デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療診断に必要な測定を患者近傍で行うベッドサイド診断用の分析（ＰＯＣ（point of care）分析）や、河川や廃棄物中の有害物質の分析を河川や廃棄物処理場等の現場で行うことや、食品の調理、収穫、輸入の各現場における汚染検査等のような、分析・測定が必要とされる現場若しくは現場の近傍で分析・測定を行うこと（以下、「ＰＯＣ分析等」という）の重要性が注目されている。【０００３】
このようなＰＯＣ分析等においては、μＴＡＳ（microscale Total Analysis System）やLab-on-Chipなどに分類される、サブμｍ〜ｍｍオーダーの微細な溝（チェネル）や溜り（チャンバ）を基板内に設け、該チャネル内に流体を流すことなどにより微量反応や分析を行うデバイスが提案され、一部は実用化が始まっている。【０００４】
例えば、特許文献１及び２では、２枚の基板の接合面の表面を活性化処理して貼り合せることにより、マイクロチップを製造する方法が開示されている。表面活性化処理の方法としては、例えば、特許文献２では、真空紫外線（たとえば、２００〜１２０ｎｍ、なかでも１７２ｎｍ）を照射する表面活性化処理方法が開示されている。【０００５】
更に、特許文献３及び４では、２枚の基板の間に、中間の接着樹脂を介在させて貼り合わせて形成されたマイクロチップが開示されている。このマイクロチップは、各基板に凹部等を形成した状態で貼り合わせることで、流路等を構成している。【０００６】
また、特許文献５では、マイクロバルブ構造を有するチップが、特許文献６では、空圧回路や流体回路を組み合わせたマイクロチップが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１５４８９８号公報
【特許文献２】特開２００６−１８７７３０号公報
【特許文献３】特開２００６−１３６８３７号公報
【特許文献４】特開２００７−１３６２９２号公報
【特許文献５】特開２００１−３０４４０号公報
【特許文献６】特表２００９−５２９８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述の通り、様々な形態のマイクロチップが開発されつつあるが、まだまだ課題も多く孕んでいる。
例えば、特許文献１〜４に記載の方法でマイクロチップを製造する場合、流路、溜め、及び給排口等を持つマイクロチップは構成できるが、チップ内部にバルブやポンプ等を具備して、より複雑な流体の混合やフィルタリングや洗浄などを行えるようなマイクロチップを製造することは難しかった。【０００９】
また、特許文献５及び６記載のマイクロチップを製造するには、基板上に配置されるそれぞれの微少なバルブやベローズ等を個別に配置し、貼り付ける必要があり、多くの工程と時間、貼り付け精度の維持など、非常に多くの複雑な課題があり、マイクロチップの品質やコストの点で改良の必要性があった。【００１０】
そこで、本技術では、簡便な方法で製造することができ、かつ、品質の高い高性能なマイクロ流路デバイスを提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願発明者らは、前記の目的を解決するために鋭意研究を行った結果、デバイスの構造に着目することで、簡便な方法で品質の高い高性能なマイクロ流路デバイスを製造することに成功し、本技術を完成させるに至った。【００１２】
すなわち、本技術では、まず、試料の分析に用いるマイクロ流路デバイスであって、
少なくとも２枚の基板と、
前記２枚の基板の間に挟持された弾性膜と、を有し、
前記基板と前記弾性膜との少なくとも一部が、熱融着したマイクロ流路デバイスを提供する。
前記弾性膜の一部は、バルブ及び／又はポンプとして機能させることも可能である。
前記弾性膜の前記基板と熱融着していない部分を、前記バルブ及び／又は前記ポンプとして機能させることができる。
また、前記基板の前記弾性膜と熱融着していない部分を、流路とすることもできる。【００１３】
本技術では、次に、試料の分析に用いるマイクロ流路デバイスを製造する方法であって、
基板及び／又は弾性膜の接合表面を活性化する表面活性化処理工程と、
少なくとも２枚の前記基板の間に、前記弾性膜を積層する積層工程と、
前記基板と前記弾性膜との少なくとも一部を、熱融着させる熱融着工程と、
を行うマイクロ流路デバイスの製造方法を提供する。
前記表面活性化処理工程では、エネルギー線照射を行うことができる。例えば、前記エネルギー線照射としては、紫外線照射を行うことができる。
この場合、前記紫外線照射における紫外線の波長としては、２００ｎｍ以上とすることができる。また、前記紫外線照射は、オゾン雰囲気下で行うこともできる。
前記表面活性化処理工程では、前記基板及び／又は前記弾性膜の一部をマスクした状態で、接合表面の一部を活性化することもできる。
前記積層工程を行う前に、前記基板及び／又は前記弾性膜を平坦にする平坦処理工程を行うこともできる。
【発明の効果】
【００１４】
本技術によれば、簡便な方法で製造することができ、かつ、品質の高い高性能なマイクロ流路デバイスを提供することができる。
なお、ここに記載された効果は、必ずしも限定されるものではなく、本技術中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本技術に係るマイクロ流路デバイス１の第１実施形態を模式的に示す模式端面図である。
【図２】弾性膜１２の基板１１ａ及び１１ｂのいずれにも熱融着されていない部分（図１中符号Ｖ参照）を拡大した拡大模式端面図である。
【図３】本技術に係るマイクロ流路デバイス１の第２実施形態を模式的に示す模式端面図である。
【図４】弾性膜１２の基板１１ａ及び１１ｂのいずれにも熱融着されていない部分（図３中符号Ｐ参照）を拡大した拡大模式端面図である。
【図５】本技術に係るマイクロ流路デバイス１の第３実施形態を模式的に示す模式斜視図である。
【図６】本技術に係るマイクロ流路デバイス１の第３実施形態を上部方向から視た模式平面図である。
【図７】第３実施形態に係るマイクロ流路デバイス１の基板１１ａを、弾性膜１２への積層面側から視た模式斜視図である。
【図８】第３実施形態に係るマイクロ流路デバイス１の弾性膜１２を、基板１１ａへの積層面側から視た模式斜視図である。
【図９】第３実施形態に係るマイクロ流路デバイス１の基板１１ｂを、弾性膜１２への積層面側から視た模式斜視図である。
【図１０】図６のｄ−ｄ線断面図である。
【図１１】図６のｅ−ｅ線断面図である。
【図１２】図６のｆ−ｆ線断面図である。
【図１３】本技術に係るマイクロ流路デバイスの製造方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本技術を実施するための好適な形態について、図面を参照しながら説明する。以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本技術の範囲が狭く解釈されることはない。なお、説明は以下の順序で行う。
１．マイクロ流路デバイス１
（１）全体概要
（２）基板１１ａ、１１ｂ
（３）弾性膜１２
２．マイクロ流路デバイスの製造方法
（１）表面活性化処理工程Ｉ
（２）積層工程ＩＩ
（３）熱融着工程ＩＩＩ
（４）平坦処理工程ＩＶ
【００１７】
＜１．マイクロ流路デバイス１＞
（１）全体概要
図１は、本技術に係るマイクロ流路デバイス１１の第１実施形態を模式的に示す模式端面図である。本技術に係るマイクロ流路デバイス１１は、大別して、少なくとも２枚の基板１１ａ、１１ｂと、弾性膜１２と、を備える。
【００１８】
弾性膜１２は、２枚の基板１１ａ、１１ｂの間に挟持され、基板１１ａ、１１ｂと弾性膜１２の少なくとも一部は、熱融着されている。即ち、基板１１ａ、１１ｂと弾性膜１２の少なくとも一部は、熱融着により一体化された状態である。例えば、第１実施形態を示す図１では、符号Ｘで示す部分が熱融着された部分を示し、符号Ｙで示す部分は熱融着されていない箇所を示す。
【００１９】
そして、弾性膜１２の基板１１ａ及び１１ｂのいずれにも熱融着されていない部分（図１中符号Ｖ参照）は、バルブやポンプ等の機能を果たす機能膜として機能させることができる。弾性膜１２の一部を、機能膜として機能させることで、マイクロ流路デバイス１内への送液、混合、撹拌、洗浄、分取（フィルタリング）、貯液、マイクロ流路デバイス１外への送液などの複雑な動作を行うことができる。
【００２０】
従来、２枚の基板の間に、中間の接着樹脂を介在させて貼り合わせて形成されたマイクロチップは存在していたが（特許文献３及び４等）、中間の接着樹脂は、接着するために用いられるものであり、必ず、上下いずれかの基板に接着されていた。そのため、本技術のように、いずれの基板１１ａ、１１ｂにも熱融着されていない部分は存在しなかった。即ち、中間の接着樹脂を、機能膜として機能させるといった発想のマイクロチップは存在しなかった。
【００２１】
また、前述した特許文献５及び６に代表される従来技術では、機能膜を有するチップが開示されているが、この機能膜は、必要な部分に個別に配置されたり、張り付けられたりする構造であるため、製造が複雑であり、製造コストや製造時間の増加のみならず、製造されるチップの精度維持等も難しかった。
【００２２】
また、従来の技術においては、機能膜を接着剤等で接合させたり、２枚の基板に挟持された状態で配置される方法が採用されていた。接着剤を用いる場合は、製造工程が複雑になるだけでなく、マイクロチップ内の化学反応、生化学反応を阻害する可能性のある溶出物が発生する可能性があったり、接着剤のはみ出しで流路等が塞がれたり、所望の流路形状が保たれないという化学的・物理的な問題も生じていた。また、２枚の基板に挟持された状態で機能膜が配置される方法では、挟持部分からの試料や試薬の漏れだし等の問題があった。
【００２３】
一方、本技術では、弾性膜１２の機能膜として機能する部分以外を、基板１１ａ及び／又は１１ｂのいずれかに熱融着して一体化させ、１枚の弾性膜１２が基板１１ａ及び１１ｂの接合の役割も果たすため、製造工程が簡便化するといったメリットがある。また、本技術では、接着剤を用いることなく熱融着により、基板１１ａ及び／又は１１ｂと弾性膜１２とを一体化しているため、化学反応や生化学反応等の心配や、接着剤のはみ出しによる物理的な問題も発生しない。更に、熱融着された部分は、基板１１ａ及び／又は１１ｂと弾性膜１２とが一体化しているため、試料や試薬の漏れだし等の問題も発生しない。
【００２４】
加えて、本技術では、少なくとも２枚の基板と、１枚の弾性膜でマイクロ流路デバイスを構成することができるため、部品点数を大幅に削減することができ、この理由からもコスト削減に寄与できる。また、量産効果によるコストダウンも図ることができる。
【００２５】
本技術に係るマイクロ流路デバイスは、様々な試料や試薬等を導入し、光学的、電気的、化学的な検出を行うことができる。本技術で用いることができる試料としては特に限定されないが、例えば、生体試料等が挙げられる。前記生体試料としては、例えば、体液（血液、血清、血漿、尿等）又はその希釈液及び／又は薬剤添加物等が挙げられる。
【００２６】
以下、本技術に係るマイクロ流路デバイス１の各部位について詳細に説明する。
【００２７】
（２）基板１１ａ、１１ｂ
本技術において、基板を形成する素材は特に限定されず、通常、バイオアッセイ用デバイスなどのマイクロ流路デバイス等に用いることが可能な素材であって、後述する弾性膜１２と熱融着が可能な素材を自由に選択して用いることができる。例えば、ポリカーボネート、ポリオレフィン系、アクリル系などのプラスチック樹脂、ＰＤＭＳ（polydimethylsiloxane）などのシリコン系樹脂、ガラス、金属、セラミックス等の基板を用いることができる。
【００２８】
基板１１ａ、１１ｂには、それぞれ目的に応じて、マイクロ流路となる溝、試料や試薬等の流体が出入りする孔、試料や試薬等の流体を混合、撹拌、洗浄、分取（フィルタリング）、貯液等を行う凹部等設けておくことができる。基板１１ａ、１１ｂに設ける溝、孔、凹部等の幅、深さ、断面形状等は特に限定されず、本技術の効果を損なわない限り、その目的に応じて自由に設計することができる。これらの加工方法としては、切削加工、射出成型、鋳造、３Ｄプリンター、光造形など、所望の形状を形成しうる加工方法を、１種又は２種以上選択して用いることができる。
【００２９】
基板１１ａ、１１ｂの厚さは特に限定されないが、流路等の深さや機構的な強度を考慮すると、０．３ｍｍ以上が好ましい。
【００３０】
（３）弾性膜１２
本技術において、基板を形成する素材は特に限定されず、通常、バイオアッセイ用デバイスなどのマイクロ流路デバイス等に用いることが可能な素材であって、前記基板１１ａ、１１ｂと熱融着が可能で、かつ弾性を備える素材を自由に選択して用いることができる。例えば、ＰＤＭＳ（polydimethylsiloxane）、フッ素変性シリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂系エラストマーや、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、環状ポリオレフィン（ＣＯＣ）、ポリエチレンテラフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等の熱可塑性樹脂等を挙げることができる。
【００３１】
弾性膜１２には、それぞれ目的に応じて試料や試薬等の液体や空気等の気体が通過する孔設けておくことができる。弾性膜１２に設ける孔等の幅、断面形状等は特に限定されず、本技術の効果を損なわない限り、その目的に応じて自由に設計することができる。これらの加工方法としては、成形、ドリル、プレスなどの加工方法を、１種又は２種以上選択して用いることができる。また、弾性膜１２は、ロール状態で供給され、切断やプレスで切り出すことも可能である。
【００３２】
弾性膜１２の厚さは特に限定されないが、機能膜としての柔軟性を考慮すると、０．３ｍｍ以下が好ましい。
【００３３】
前述した通り、弾性膜１２の基板１１ａ及び１１ｂのいずれにも熱融着されていない部分（図１中符号Ｂ参照）は、その弾性を利用して、様々な機能を有する機能膜として機能させることができる。図１に示す第１実施形態は、弾性膜１２の一部がバルブとして機能する場合の例である。
【００３４】
バルブ機能の具体例を、図２を用いて説明する。図２は、弾性膜１２の基板１１ａ及び１１ｂのいずれにも熱融着されていない部分（図１中符号Ｖ参照）を拡大した拡大模式端面図である。試料等を基板１１ａに設けられた流路Ｆを通流させた際、図２ａの状態では、試料等はバルブＶ部分までしか通流しない。この状態で、バルブＶ部分に基板１１ｂ側から陰圧をかけることにより、バルブＶ部分の弾性膜１２と基板１１ａとの間に隙間ができ、試料等が通流された状態になる（図２ｂ参照）。このように、弾性膜１２の基板１１ａ及び１１ｂのいずれにも熱融着されていない部分（図１中符号Ｖ参照）は、試料等の通流を制御するバルブとして機能させることができる。
【００３５】
ポンプ機能の具体例を、図３及び図４を用いて説明する。図３は、本技術に係るマイクロ流路デバイス１の第２実施形態を模式的に示す模式端面図であり、図４は、弾性膜１２の基板１１ａ及び１１ｂのいずれにも熱融着されていない部分（図３中符号Ｐ参照）を拡大した拡大模式端面図である。試料等を基板１１ａに設けられた流路Ｆを通流させた際、図４ａの状態では、試料等はポンプＰ部分まで来ると、基板１１ａに設けられたチャンバＣに貯留される。この状態で、ポンプＰ部分に基板１１ｂ側から陽圧をかけることにより、ポンプＰ部分の弾性膜１２と基板１１ａとの間の隙間が無くなり、試料等が押し出される状態になる（図４ｂ参照）。更に、図４ｃに示すように、ポンプＰ部分に基板１１ｂ側から陰圧をかけることにより、基板１１ａに設けられたチャンバＣ部分の容積が増え、チャンバＣでの試料等の貯留量を増やすことができる。図４ｂ及びｃの状態を繰り返すことで、弾性膜１２の基板１１ａ及び１１ｂのいずれにも熱融着されていない部分（図３中符号Ｐ参照）は、試料等の通流を制御するポンプとして機能させることができる。
【００３６】
なお、流路ＦやチャンバＣ等は、試料や試薬等の物理的混合や、化学的反応の場として機能させることができる。
【００３７】
図５は、本技術に係るマイクロ流路デバイス１の第３実施形態を模式的に示す模式斜視図であり、図６は、本技術に係るマイクロ流路デバイス１の第３実施形態を上部方向から視た模式平面図である。なお、図６は、便宜上、基板１１ａ、１１ｂを透視性のある状態で示している。第３実施形態に係るマイクロ流路デバイス１は、液体導入口Ｅ１、Ｅ２、液体排出口Ｏ、空圧ポートＡ１〜Ａ５、液体流路ＦＬ１〜ＦＬ３、空圧流路ＦＡ１〜ＦＡ５、バルブＶ１〜Ｖ３、ダイアフラムポンプＰ１、Ｐ２を備える。なお、空圧流路ＦＡ１〜ＦＡ５とは、液体の移動や混合を制御するためのバルブＶ１〜Ｖ３やダイアフラムポンプＰ１、Ｐ２を開閉する圧力を伝達するための管路である。
【００３８】
なお、本実施形態では、液体導入口Ｅ１、Ｅ２、液体排出口Ｏには、液体を導入、排出するためのカップを設け、空圧ポートＡ１〜Ａ５には、チューブで空圧を伝達するためのニップルを圧入係合する構造を例示しているが、液体をチューブとニップルで導入排出したり、マイクロ流路デバイス１内にあらかじめ溜池を内蔵する等の構造を採用することも可能である。
【００３９】
図７は、第３実施形態に係るマイクロ流路デバイス１の基板１１ａを、弾性膜１２への積層面側から視た模式斜視図であり、図８は、第３実施形態に係るマイクロ流路デバイス１の弾性膜１２を、基板１１ａへの積層面側から視た模式斜視図であり、図９は、第３実施形態に係るマイクロ流路デバイス１の基板１１ｂを、弾性膜１２への積層面側から視た模式斜視図である。
【００４０】
図７に示す通り、基板１１ａには、液体導入口Ｅ１、Ｅ２、液体排出口Ｏ、空圧ポートＡ１〜Ａ５、液体流路ＦＬ１〜ＦＬ３となる溝、バルブＶ１〜Ｖ３やダイアフラムポンプＰ１、Ｐ２となる凹部が形成されている。図９に示す通り、基板１１ｂには、空圧ポートＡ１〜Ａ５に連通する空圧流路ＦＡ１〜ＦＡ５となる溝、バルブＶ１〜Ｖ３やダイアフラムポンプＰ１、Ｐ２の下部で空圧調整するための空圧チャンバＣ１〜Ｃ５となる凹部が形成されている。図８に示す通り、弾性膜１２には、空圧ポートＡ１〜Ａ５から空圧流路ＦＡ１〜ＦＡ５への空気を通流させるための孔１２１ａ〜１２１ｅが形成されている。
【００４１】
なお、図７〜９の基板１１ａ、弾性膜１２、基板１２ｂの構造は、本技術に係るマイクロ流路デバイス１を構成する基板及び弾性膜の一例を例示するものであって、基板や弾性膜の積層枚数を限定するものではなく、２枚以上の基板、１枚以上の弾性膜であれば、目的に応じて、自由な枚数を組み合わせて用いることができる。
【００４２】
また、図７及び図９では、基板１１ａの方に、液体が通流するための流路等を設け、基板１１ｂの方に、空気が通流するための流路等を設けているが、この構成も限定されない。例えば、基板１１ａの方に、空気が通流するための流路等を設け、基板１１ｂの方に、液体が通流するための流路等を設けたり、1枚の基板に液体流路、空圧流路が混在するように構成したりすることも可能である。
【００４３】
更に、弾性膜１２には、空圧ポートＡ１〜Ａ５から空圧流路ＦＡ１〜ＦＡ５への空気を通流させるための孔１２１ａ〜１２１ｅが形成されているが、基板の構成によっては、この孔１２１ａ〜１２１ｅは、必ずしも必要ではない。例えば、図示しないが、基板１２ｂの弾性膜１２への積層面と逆の面に空圧ポートＡ１〜Ａ５を設け、基板１２ｂの下側から空圧調整を行うように設計すれば、弾性膜１２を空気が通過する必要がないため、弾性膜１２の孔１２１ａ〜１２１ｅは、不要である。
【００４４】
第３実施形態に係るマイクロ流路デバイス１は、以上説明した図７〜９に示す基板１１ａ、弾性膜１２、基板１１ｂを積層して、液体流路ＦＬ１〜ＦＬ３、空圧流路ＦＡ１〜ＦＡ５、バルブＶ１〜Ｖ３、ダイアフラムポンプＰ１、Ｐ２以外の積層部分が、熱融着されて一体化した構造を呈する。
【００４５】
以下、第３実施形態に係るマイクロ流路デバイス１の使用例を詳細に説明する。図１０は、図６のｄ−ｄ線断面図であり、図１１は、図６のｅ−ｅ線断面図であり、図１２は、図６のｆ−ｆ線断面図である。
【００４６】
まず、液体導入口Ｅ１から液体Ｉを、液体導入口Ｅ２から液体ＩＩを導入する。液体流路ＦＬ１及びＦＬ２を流通するそれぞれの液体Ｉ及びＩＩは、空圧チャンバＣ１及びＣ２が液圧以上の場合、弾性膜１２により、バルブＶ１及びＶ２をそれぞれ通過することができない（図１１参照）。空圧流路ＦＡ１及びＦＡ２を介して空圧チャンバＣ１及びＣ２が負圧となる圧力、または、液圧よりも低い正圧となる圧力を加えると、バルブＶ１及びＶ２を構成する弾性膜１２を支える力が減じて撓むため、基板１１ａと弾性膜１２のたわみ部分に隙間が生じ、液体Ｉ及びＩＩを流通させることができる（図２ｂ参照）。このように、空圧流路ＦＡ１及びＦＡ２を介して空圧チャンバＣ１及びＣ２内の圧力をコントロールすることで、液体Ｉ及びＩＩのバルブＶ１及びＶ２における通流の解放、遮断を制御することができる。
【００４７】
ダイアフラムポンプＰ１、Ｐ２内と液体流路ＦＬ１、ＦＬ２の圧力と、空圧チャンバＣ３、Ｃ４と空圧流路ＦＡ１、ＦＡ２の圧力が同じ値で、例えば、両方とも大気圧の場合、ダイアフラムポンプＰ１、Ｐ２を構成する弾性膜１２はたわむことなく中立に位置する。この状態のとき、バルブＶ１及びＶ２を通過した液体Ｉ及びＩＩは、それぞれ、ダイアフラムポンプＰ１、Ｐ２内へ移動する。
【００４８】
ダイアフラムポンプＰ１、Ｐ２内と液体流路ＦＬ１、ＦＬ２の圧力に対して、空圧チャンバＣ３、Ｃ４と空圧流路ＦＡ１、ＦＡ２の圧力が相対的に高い場合、例えば、液側が負圧で空圧側が大気圧、液側が大気圧で空圧側が正圧などの圧力状態等の場合、ダイアフラムポンプＰ１、Ｐ２を構成する弾性膜１２は基板１１ａ側に撓む（図４ｂ参照）。
【００４９】
逆に、ダイアフラムポンプＰ１、Ｐ２内と液体流路ＦＬ１、ＦＬ２の圧力に対して、空圧チャンバＣ３、Ｃ４と空圧流路ＦＡ１、ＦＡ２の圧力が相対的に低い場合、例えば、液側が大気圧で空圧側が負圧、液側が正圧で空圧側が大気圧などの圧力状態等の場合、ダイアフラムポンプＰ１、Ｐ２を構成する弾性膜１２は基板１１ｂ側に撓む（図４ｃ参照）。
【００５０】
例えば、ダイアフラムポンプＰ１を構成する弾性膜１２を基板１１ａ側に撓ませ、ダイアフラムポンプＰ２を構成する弾性膜１２を基板１１ｂ側に撓ませると、ダイアフラムポンプＰ１内の液体ＩがダイアフラムポンプＰ２内へ移動する。この状態で、ダイアフラムポンプＰ１を構成する弾性膜１２を基板１１ｂ側に撓ませ、ダイアフラムポンプＰ２を構成する弾性膜１２を基板１１ａ側に撓ませると、ダイアフラムポンプＰ１内の液体Ｉ及びＩＩがダイアフラムポンプＰ２内へ移動する。これを繰り返すことにより、液体Ｉ及びＩＩの混合を行うことができ、例えば、所望の検出等を行うことができる。
【００５１】
検出等が終了した液体Ｉ及びＩＩの混合液は、バルブＶ１及びＶ２と同一の原理によって、バルブＶ３を介して液体流路ＦＬ３へ通流され、液体排出口Ｏより排出される。
【００５２】
以上のように、空圧チャンバＣ１〜Ｃ５内の空圧を調整することにより、バルブＶ１〜Ｖ３やダイアフラムポンプＰ１、Ｐ２を制御し、液体の通流や混合等を適宜行うことができる。
【００５３】
具体的な使用例の一例を、更に詳細に説明する。例えば、空圧ポートＡ１〜Ａ５から特に圧力を与えない状態では、バルブＶ１〜Ｖ３を構成する弾性膜１２と、ダイアフラムポンプＰ１、Ｐ２を構成する弾性膜は、中立状態である（図１１）。
【００５４】
次に、バルブＶ１及びＶ２を完全に閉じた状態とするために、空圧ポートＡ１及びＡ２に正圧を加え、この状態で、液体導入口Ｅ１、Ｅ２から液体Ｉ及びＩＩをそれぞれ導入する。
【００５５】
次に、ダイアフラムポンプＰ１、Ｐ２内の空気を排気するために、空圧ポートＡ３及びＡ４に正圧を加え、バルブＶ３を開くために、空圧ポートＡ５に負圧を与える。この状態にすることで、ダイアフラムポンプＰ１及びＰ２内の空気は、バルブＶ３を介して液体排出口Ｏから排出される。
【００５６】
次に、バルブＶ３を閉じるために、空圧ポートＡ５に正圧を加え、バルブＶ１及びＶ２を開くために、空圧ポートＡ１及びＡ２に負圧を与える。この状態で、ダイアフラムポンプＰ１、Ｐ２を構成する弾性膜を中立に戻すため、空圧ポートＡ３及びＡ４を大気圧に戻すか、送液抵抗を考慮して若干の負圧を与える。すると、弾性膜１２の復元力や空圧チャンバＣ３及びＣ４の若干の負圧により弾性膜１２が中立に戻ろうとするが、空気無いので液体Ｉ及びＩＩが、それぞれ、バルブＶ１及びＶ２を介して、ダイアフラムポンプＰ１、Ｐ２内に吸い込まれる。
【００５７】
なお、この際、各空圧ポートの操作は、液体Ｉ及びＩＩの動粘度が同等なら同時で良いが、差がある場合は、順次操作して先に充填した液体のバルブを封じてから後の液体を充填することで２液体同量を充填して安定に操作することもできる。また、動粘度の違いを利用してダイアフラムポンプＰ１、Ｐ２内への充填比率を調整することもできる。更に、図示しないが、ダイアフラムポンプＰ１、Ｐ２の間にバルブを設けて開閉制御することもできる。
【００５８】
次に、液体Ｉ及びＩＩを、それぞれ、ダイアフラムポンプＰ１、Ｐ２内に封じるため、開いていたバルブＶ１及びＶ２を閉じるために、空圧ポートＡ１及びＡ２を正圧に切り替える。
【００５９】
次に、ダイアフラムポンプＰ１内の液体Ｉを、ダイアフラムポンプＰ２へ移送するために、空圧ポートＡ３を正圧、空圧ポートＡ４を負圧にすることで液体ＩがダイアフラムポンプＰ２に移送される。
【００６０】
次に、ダイアフラムポンプＰ２内の混合液体Ｉ及びＩＩを、ダイアフラムポンプＰ１２へ移送するために、空圧ポートＡ３を負圧、空圧ポートＡ４を正圧にすることで混合液体Ｉ及びＩＩがダイアフラムポンプＰ１に移送される。
【００６１】
このように、ダイアフラムポンプＰ１からＰ２、Ｐ２からＰ１へ、混合液体Ｉ及びＩＩの移送を繰り返すことで、液体Ｉ及びＩＩの撹拌をより混合度の高い状態にすることができる。
【００６２】
次に、バルブＶ３を開くために、空圧ポートＡ５に負圧を与える。この状態で、空圧ポートＡ３及びＡ４を正圧にすることで、混合液体Ｉ及びＩＩは、ダイアフラムポンプＰ１、Ｐ２外へ押し出され、バルブＶ３を介して液体排出口Ｏから排出される。
【００６３】
以上、第３実施形態に係るマイクロ流路デバイス１を例として、弾性膜１２によるバルブやダイアフラムポンプの機能を説明したが、これらを複数組み合わせたり、液体回路の一部にも空圧を導入して、正圧や負圧で液体を移送するなどの構造や、気体は通すが液体は通さないようなフィルターを組み込んだりすることで、目的とするマイクロチップの物理的科学的入出力を実現することができる。
【００６４】
＜２．マイクロ流路デバイスの製造方法＞
図１３は、本技術に係るマイクロ流路デバイスの製造方法のフローチャートである。本技術に係るマイクロ流路デバイスの製造方法は、表面活性化処理工程Ｉと、積層工程ＩＩと、熱融着工程ＩＩＩと、を少なくとも行う方法である。また、必要に応じて、平坦処理工程ＩＶを行うことも可能である。以下、各工程について、詳細に説明する。
【００６５】
（１）表面活性化処理工程Ｉ
表面活性化処理工程Ｉは、基板及び／又は弾性膜の接合表面を活性化する工程である。各接合表面に表面活性化処理を施すことにより、接合強度の向上を図ることができる。また、後述する熱融着工程ＩＩＩにおける加熱温度の低温化等にも貢献することができ、材料軟化温度より低い温度でも接合強度の高い圧着ができるため、軟化点近傍での熱圧着より基板やフィルムの変形が起こりにくくなり、流路形状などのゆがみなどの悪影響が起こりにくくなる。その結果、流路形状や流体力学特性の均一化が図りやすいため、品質が向上し歩留まりも向上し、不良率を低減する効果もある。
【００６６】
表面活性化処理工程Ｉで行う具体的な表面活性化処理方法は特に限定されず、公知の表面活性化処理方法を、基板や弾性膜の種類に応じて、１種又は２種以上自由に選択して用いることができる。例えば、紫外線照射処理、コロナ放電処理、プラズマ放電処理などに類するエネルギー線照射処理などを挙げることができる。
【００６７】
表面活性化処理工程Ｉにおいて紫外線照射を行う場合は、オゾンレス低圧水銀ランプと、オゾン発生器を組み合わせて行うことが好ましい。オゾンを発生せず大気中を伝搬照射できる波長の紫外線（例えば、２００ｎｍ以上の紫外線）と、濃度コントロールが可能なオゾン発生器から供給されるオゾン雰囲気下で表面活性化処理を行なうことで、紫外線照射量とオゾン濃度をそれぞれ独立して調節することができる。それぞれ独立して調整することにより、処理の短時間化を図り生産性を向上させる効果がある。
【００６８】
表面活性化処理工程Ｉでは、基板及び／又は弾性膜の一部をマスクした状態で、接合表面の一部を活性化することもできる。例えば、弾性膜の機能膜として機能する部分等、熱融着させない部分をマスクして表面活性化処理を行うことで、後述する熱融着工程ＩＩＩを簡便に行うことができる。より具体的には、マスクした部分は、表面活性化がされていないため、活性化処理した部分に比べ、より高熱にならなければ熱融着が起きない。そのため、後述する熱融着工程ＩＩＩにおいて、より低温で、所望の部分のみを熱融着させることができる。
【００６９】
（２）積層工程ＩＩ
積層工程ＩＩは、表面活性化処理工程Ｉ後に、少なくとも２枚の前記基板の間に、前記弾性膜を積層する工程である。積層工程ＩＩにおける具体的な積層方法は、特に限定されず、公知の積層方法を自由に選択して用いることができる。
【００７０】
（３）熱融着工程ＩＩＩ
熱融着工程ＩＩＩは、基板と弾性膜との少なくとも一部を、熱融着させる工程である。熱融着工程ＩＩＩにおける具体的な熱融着方法は、特に限定されず、公知の熱融着方法を自由に選択して用いることができる。例えば、積層工程ＩＩを経て積層された基板及び弾性膜を、各材料の軟化点前後の近傍まで昇温させ、密着させるため加圧して保持し、その後、冷却する方法が一般的である。
【００７１】
（４）平坦処理工程ＩＶ
平坦処理工程ＩＶは、積層工程ＩＩを行う前に、基板及び／又は弾性膜を平坦にする工程である。前述した通り、基板や弾性膜には、孔や凹部等を形成するため、孔や凹部等の形成時に、バリ等が生じる場合がある。特に、弾性膜は、比較的薄く、加工ひずみを受けやすいため、バリ等が発生しやすい。基板や弾性膜にバリ等があると、部分的な圧着浮きが生じる場合がある。そこで、積層工程ＩＩを行う前に、基板及び／又は弾性膜を平坦にすることで、部分的な圧着浮き等の熱圧着不良や、液体の漏れだし等を防止することができる。
【００７２】
平坦処理工程ＩＶにおける具体的な平坦処理方法は、特に限定されず、公知の平坦処理方法を自由に選択して用いることができる。例えば、平坦面熱プレス等の方法が挙げられる。
【００７３】
なお、平坦処理工程ＩＶは、少なくとも積層工程ＩＩを行う前であれば、前述した表面活性化処理工程Ｉの前後いずれで行うことも可能である。
【００７４】
なお、本技術は、以下のような構成も取ることができる。
（１）
試料の分析に用いるマイクロ流路デバイスであって、
少なくとも２枚の基板と、
前記２枚の基板の間に挟持された弾性膜と、を有し、
前記基板と前記弾性膜との少なくとも一部が、熱融着したマイクロ流路デバイス。
（２）
前記弾性膜の一部が、バルブ及び／又はポンプとして機能する（１）記載のマイクロ流路デバイス。
（３）
前記弾性膜の前記バルブ及び／又は前記ポンプとして機能する部分は、前記基板と熱融着していない（２）記載のマイクロ流路デバイス。
（４）
前記基板の流路部分は、前記弾性膜と熱融着していない（１）から（３）のいずれかに記載のマイクロ流路デバイス。
（５）
試料の分析に用いるマイクロ流路デバイスを製造する方法であって、
基板及び／又は弾性膜の接合表面を活性化する表面活性化処理工程と、
少なくとも２枚の前記基板の間に、前記弾性膜を積層する積層工程と、
前記基板と前記弾性膜との少なくとも一部を、熱融着させる熱融着工程と、
を行うマイクロ流路デバイスの製造方法。
（６）
前記表面活性化処理工程では、エネルギー線照射を行う（５）記載のマイクロ流路デバイスの製造方法。
（７）
前記エネルギー線照射が、紫外線照射である（６）記載のマイクロ流路デバイスの製造方法。
（８）
前記紫外線照射における紫外線の波長が、２００ｎｍ以上である（７）記載のマイクロ流路デバイスの製造方法。
（９）
前記紫外線照射は、オゾン雰囲気下で行われる（８）記載のマイクロ流路デバイスの製造方法。
（１０）
前記表面活性化処理工程では、前記基板及び／又は前記弾性膜の一部をマスクした状態で、接合表面の一部を活性化する（５）から（９）のいずれかに記載のマイクロ流路デバイスの製造方法。
（１１）
前記積層工程を行う前に、前記基板及び／又は前記弾性膜を平坦にする平坦処理工程を行う（５）から（１０）のいずれかに記載のマイクロ流路デバイスの製造方法。
【符号の説明】
【００７５】
１  マイクロ流路デバイス
１１ａ、１１ｂ  基板
１２  弾性膜
Ｅ１、Ｅ２  液体導入口
Ｏ  液体排出口
Ａ１〜Ａ５  空圧ポート
Ｆ  流路
ＦＬ１〜ＦＬ３  液体流路
ＦＡ１〜ＦＡ５  空圧流路
Ｖ、Ｖ１〜Ｖ３  バルブ
Ｐ  ポンプ
Ｐ１、Ｐ２  ダイアフラムポンプ
Ｃ１〜Ｃ５  空圧チャンバ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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