(57)【要約】【課題】  プラスチック製品を、低温で、かつ強固に張り合わせるためのプロセス及び装置を提供し、さらにはそれにより張り合わされた各種プラスチック製品、特にプラスチック製バイオチップやマイクロ分析チップを提供すること。【解決手段】  プラスチックからなる第１の部材と、プラスチック又は非プラスチックからなる第２の部材を張り合わせる方法であって、張り合わせる接合面の一部又は全部に導電性物質をコーティングする工程、を有することを特徴とする張り合わせ方法であって、好ましくはさらに導電性物質をコーティングした部分を加熱する工程を有する張り合わせ方法。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチックからなる第１の部材と、プラスチック又は非プラスチックからなる第２の部材を張り合わせる方法であって、張り合わせる接合面の一部又は全部に導電性物質をコーティングする工程、を有することを特徴とする張り合わせ方法。
【請求項２】
さらに導電性物質をコーティングした部分を加熱する工程、を有する請求項１記載の張り合わせ方法。
【請求項３】
プラスチックからなる第１の部材、あるいはプラスチック又は非プラスチックからなる第２の部材に、幅１ｍｍ以下、深さ１ｍｍ以下のマイクロ流路が形成されている請求項１又は２記載の張り合わせ方法。
【請求項４】
前記導電性物質が、金属、金属酸化物、カーボン、及び導電性高分子から選ばれる少なくとも一つの物質である請求項１〜３いずれか記載の張り合わせ方法。
【請求項５】
導電性物質をコーティングした部分のみを加熱する加熱方法が、ジュール熱による加熱、マイクロ波による加熱、及び電磁誘導による加熱から選ばれる少なくとも一つの方法である請求項２〜４いずれか記載の張り合わせ方法。
【請求項６】
請求項１〜５いずれか記載の張り合わせ方法を実施するための装置であって、導電物質をコーティングする手段、及び導電物質を加熱処理する手段を有する接合装置。
【請求項７】
請求項１〜５いずれか記載の張り合わせ方法によって接合されたプラスチック製品。
【請求項８】
請求項７記載のプラスチック製品から構成されるプラスチック製のバイオチップまたはマイクロ分析チップ。
【請求項９】
核酸チップ、プロテインチップ、抗体チップ、アプタマーチップ、及び糖タンパクチップから選ばれる少なくとも１つである請求項８記載のプラスチック製のバイオチップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラスチックとプラスチック、またはプラスチックと非プラスチックを良好に張り合わせる方式に関するものであり、その方式を実現することの可能な処理装置に関するものであり、さらにその方式を利用して製造したプラスチック製品に関するものであり、特にプラスチック製バイオチップまたはマイクロ分析チップに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、創薬研究や臨床検査のハイスループット化を達成する手段として、生理活性物質を固層基板上に固定化したデバイスであるバイオチップが注目されている。固定化される生理活性物質としては、核酸、たんぱく質、抗体、糖鎖、糖タンパク、アプタマーなどが代表的なものであり、特に核酸を固定化したバイオチップである核酸マイクロアレイはすでに多数の商品が上市されている。チップの形態としては、平板の基板上に各種生理活性物質がスポットされ固定化されている形態であり、主に研究機関における研究分析用に活用されている。
【０００３】
さらに近年、マイクロ分析チップとか、μＴＡＳ（ｍｉｃｒｏ  ｔｏｔａｌ  ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍ）とか、ラボオンチップと呼ばれる、微細加工技術を利用した化学反応や分離、分析システムの微小化の研究が盛んになっており、マイクロチャネル（微細流路）上で各種の化学反応、特に生理学的反応を行うことが可能となっている。このシステムにおいては、微少量のサンプルを迅速分析できるため、この特長を生かした次期のバイオチップ、特に医療機関における診断用バイオチップとして商品化されることが期待されており、注目されている（これ以降、これらのシステムを、マイクロ分析チップと称する）。
【０００４】
このバイオチップや、マイクロ分析チップは、現在はガラス製のものが主流である。ガラス基板でマイクロ分析チップを作成するためには、たとえば、基板に金属、フォトレジスト樹脂をコートし、マイクロチャネルのパターンを焼いた後にエッチング処理を行う方法がある。しかしガラスは大量生産に向かず非常に高コストであり、プラスチック化が望まれている。
【０００５】
プラスチック製のバイオチップやマイクロ分析チップは、種々のプラスチックを用いて射出成形等の各種の成形方法で製造することが可能であり、効率よく経済的なチップ製造が可能であるため、大量生産に向いている。しかしプラスチック製バイオチップもしくはマイクロ分析チップにはまだ技術上の欠点が多数あり、ガラス製に取って代わるだけの認知を得てはいない。たとえばマイクロ分析チップのように、必ずプラスチック基板同士を張り合わせる必要がある場合、張り合わせ処理法で最適な方式が見つかっていないことも、その理由のひとつである。
【０００６】
プラスチック製マイクロ分析チップにおける張り合わせ工程では、接着剤を用いるか、加熱や超音波やレーザーにより熱圧着するなどの方式で、主に張り合わせが行われている（特許文献１参照）。接着剤の使用は、基板の間より余剰分が出やすく、マイクロチャネルの封鎖、内壁の汚染が生じやすい。加熱による融着は、後述する過熱による生理活性物質の失活問題発生しやすい。超音波による熱圧着では数センチ角の面での熱溶着には不向きであり溶着不足が生じやすい。レーザー照射では、照射面ならともかく、二枚のプラスチックの張り合わせ面などプラスチックの中心部のみの過熱は非常に困難であり、実用に値しない。分析用のチップ、特にバイオチップへの応用を考える場合、検出用の部位に各種の物質、特に核酸、たんぱく質、抗体、糖鎖、糖タンパク、アプタマーをコーティングもしくは固定化する場合が多く、これらの生理活性物質は加熱に弱く化学的に失活する可能性があるため、高温にさらされる接合プロセスは、バイオチップ及びマイクロ分析チップの製造には不向きである。以上より、比較的低温で、接触面同士を完全に接着でき、プラスチック製バイオチップやマイクロ分析チップの張り合わせに使用できる技術は、いまだ見出されていない。なお核酸やアプタマーよりも、たんぱく質や抗体はよりいっそう加熱に弱く、これらを利用したプラスチック製バイオチップの実用化のために低温接合技術はより重要になると考えられている。
【０００７】
【非特許文献１】本田、化学工学、６６、２、ｐ．７１、２００２
【特許文献１】特開２００２−１３９４１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、プラスチック製品を、比較的低温で、かつ強固に張り合わせるためのプロセスを提供し、さらにはそれを実現する装置を提供し、さらにはそれにより張り合わされた各種プラスチック製品、特にプラスチック製バイオチップやマイクロ分析チップを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記課題を達成すべく鋭意検討した結果、接合部の一部の面に導電性物質をコーティングする工程と、かつ導電性物質をコーティングした部分を加熱する工程を経ることによって、第１の部材と第２の部材を、比較的低温で、迅速に、十分な結合強度で張り合わせられることができることを見出した。またその接合を可能とする装置を考案し、さらにその応用用途のプラスチック製品、特にプラスチック製バイオチップやプラスチック製マイクロ分析チップが実現可能であることを確認し、本発明に至った。
【００１０】
すなわち本発明は、
（１）プラスチックからなる第１の部材と、プラスチック又は非プラスチックからなる第２の部材を張り合わせる方法であって、張り合わせる接合面の一部又は全部に導電性物質をコーティングする工程、を有することを特徴とする張り合わせ方法、
（２）さらに導電性物質をコーティングした部分を加熱する工程、を有する（１）記載の張り合わせ方法、
（３）プラスチックからなる第１の部材、あるいはプラスチック又は非プラスチックからなる第２の部材に、幅１ｍｍ以下、深さ１ｍｍ以下のマイクロ流路が形成されている（１）又は（２）記載の張り合わせ方法、
（４）前記導電性物質が、金属、金属酸化物、カーボン、及び導電性高分子から選ばれる少なくとも一つの物質である（１）〜（３）いずれか記載の張り合わせ方法、
（５）導電性物質をコーティングした部分のみを加熱する加熱方法が、ジュール熱による加熱、マイクロ波による加熱、及び電磁誘導による加熱から選ばれる少なくとも一つの方法である（１）〜（４）いずれか記載の張り合わせ方法、
（６）（１）〜（５）いずれか記載の張り合わせ方法を実施するための装置であって、導電物質をコーティングする手段、及び導電物質を加熱処理する手段を有する接合装置、
（７）（１）〜（５）いずれか記載の張り合わせ方法によって接合されたプラスチック製品、
（８）（７）記載のプラスチック製品から構成されるプラスチック製のバイオチップまたはマイクロ分析チップ、
（９）核酸チップ、プロテインチップ、抗体チップ、アプタマーチップ、及び糖タンパクチップから選ばれる少なくとも１つである（８）記載のプラスチック製のバイオチップ、
である。
【発明の効果】
【００１１】
プラスチック製バイオチップやマイクロ分析チップを張り合わせる場合、加熱による樹脂の張り合わせを行うと、たんぱく質や抗体などは加熱によりその生理活性を失活するため、加熱を伴う接合処理は利用できなかったが、本発明の方法は従来方式と比較して、１００℃以下の比較的低温で貼り付け処理が可能であり、特にバイオ用プラスチック製チップの製造技術として有効な技術である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
プラスチック同士の接合において、導電性物質、特に金属を接合面の一部にコーティングすることにより、その面におけるプラスチックの濡れ性が大幅に改善し、そのためにプラスチックの接合が容易になることを見出し、本発明とするものである。
さらに導電性物質のみを何らかの手段でプラスチックの溶融温度前後まで加温すると、導電性物質と接触している面のプラスチックは溶融し接合するが、プラスチックは熱伝導係数が小さく伝熱速度が低いためにプラスチック製品全体としてはほとんど加温されないことが判明し、本発明とするものである。
なお、プラスチックと非プラスチックの接合に関してもほぼ同じ原理で可能とも判明している。また、導電性物質は単に接合に有用のみならず、組み込み式のセンサーや各種機器として利用したり、あるいはそれらへの電力供給又は情報伝達に有効利用できることを特記する。
【００１３】
本発明に使用されるプラスチックとは、たとえば高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、各種環状ポリオレフィン、ポリメチルメタクリレート、ポリノルボルネン、ポリフェニレンオキサイド、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエステル、半硬化状態のフェノール樹脂、半硬化状態のエポキシ樹脂、その他各種の熱可塑性プラスチックの様に、融点とＴｇを有する高分子物質のことを示すが、その種類や重合度、融点やＴｇや弾性率などの物性に関して特に限定するものではない。
【００１４】
またプラスチック同士のみならず、プラスチックと非プラスチックに関してもこの手法で接合が可能であるが、ここでいう非プラスチックとは、ガラス、各種金属、各種セラミック、紙、木など、プラスチックに該当しないものや、あるいは完全硬化したフェノール樹脂や完全硬化したエポキシ樹脂もその範疇に入る。
【００１５】
本発明で使用される導電性物質とは、室温におけるバルクの状態の測定で、体積抵抗率が１０6（Ω・ｃｍ）以下であるものを示す。通常、導電性物質というと、金属等の１０-6（Ω・ｃｍ）オーダーの体積抵抗値を示す物質を示すが、本特許においては半導体領域の体積抵抗値を示すものもその範囲入れることとする。導電性物質の一例としては、金、銀、プラチナ、鉄、銅、アルミニウム、金属シリコン、等の金属や、ＩＴＯ（インジウム・錫・酸化物）等の金属酸化物や、アモルファスカーボン、グラファイト、ダイヤモンドライクカーボン等のカーボン性物質や、ポリアセチレン等の導電性高分子や、テトラシアノキノジメタン等による電荷移動錯体や、それらの混合物、さらには各種のドーピング処理を行って電気伝導率を向上させたものが一例としてあげられるが、これらの例に限定はされない。なお、特に好適に使用されるのは金属性物質である。これらの物質をコーティングすることによって、プラスチックへの濡れ性が改善し、プラスチックが好適に接合可能となり、比較的低温で容易にプラスチック製品を接合させることを可能とする。
【００１６】
本発明における導電性物質をコーティングする手段としては特に限定しない。以下にコーティング手法について列挙するがあくまで例でありそれらに限定するものではない。コーティングする材質が金属である場合、メッキ、無電界メッキ、イオンプレーティング、イオンスパッタリング、蒸着、その他のＰＶＤ、金属微粒子の噴霧による被覆、ＣＶＤ法、溶融法（プラズマスプレー法等）、超音波法（特開２００１−１９２８５６）、等があげられる。金属酸化物のコーティングに関しては、イオンスパッタリング、金属被覆の酸化処理などがあげられる。カーボン性物質のコーティングに関しては、イオンスパッタリング、蒸着などのＰＶＤ、カーボンブラック微粒子の噴霧による被覆、アルコールやメタンからのＣＶＤコーティングなどの手法があげられる。導電性高分子や有機系の電荷移動錯体に関しては、溶剤で溶解させた状態でスピンコーティングやスプレーコーティング等、もしくはＣＶＤでコーティングする手法があげられる。なお、微細流路を保有するプラスチック製品を貼り付ける場合、導電性物質をコーティングする工程と微細流路加工をする場合の工程を行う順番については特に限定はしない。微細加工を行った後、導電性物質をコーティングしても良いし、プラスチック板に導電性物質をコーティングしてから微細加工をその上から施しても良いし、微細加工を施しながら同時に導電性物質をコーティングしても良い。
【００１７】
本特許における接合の方法は特に限定しないが、比較的低温（１００℃以下）での熱圧着や、超音波接合、レーザー接合、接着剤による接合、溶剤による接合などが利用可能である。しかし上記の、導電性物質のコーティングを、もっとも良好に利用できる接合方法としては、導電性物質のコーティング部分のみを何らかの方法で加熱してやる方法が挙げられる。プラスチックは熱伝達係数が小さいため、コーティング部分のみをうまく加熱してやると他の部分まで熱が伝達しにくく、プラスチック製品全体としてはほとんど加熱されることなく接合させることが可能となるのである。導電性物質のコーティング部だけを加熱させる方法としては、特に限定は無いが、導電性物質部に直接配線して電圧をかけてジュール熱による加熱を行う方式とか、マイクロ波による加熱とか、電磁誘導加熱があげられる。接合部の構造が単純であれば、電極を取り付けて電圧印加してジュール熱を発生させ、瞬時に熱融着する方式が簡便であるが、接合部の形状が複雑である場合は電磁誘導加熱により金属部のみを全面均一に加熱することにより熱融着してやることが最も有効である。
【００１８】
本発明において、プラスチック同士もしくはプラスチックと非プラスチックを接合させることを可能とする装置とは、（１）導電性物質をコーティングする装置、（２）固定装置、（２）接合装置、の３つの部分が必要である。３つの部分は一緒の機械に納められていても別個の装置であっても問題は無い。（１）の導電性物質をコーティングする装置に関してはすでに述べたので省略する。（２）の固定装置は、プラスチック同士もしくはプラスチックと非プラスチックをお互いに押し付け合った状態で保持するための装置であり、例えば油圧式加圧装置、電気式加圧装置、ねじ式固定装置、粘着テープ類による固定、などが挙げられるが、特に限定はしない。（３）の接合装置は、プラスチック同士等を接合せしめるために何らかの積極的な処理を行う装置であり、例えば電圧印加によるジュール熱印加用の装置、電磁誘導加熱装置、レーザー照射装置、溶剤・接着剤塗布装置、超音波接合装置など、接合を促進する装置を示すが、特に限定はしないが、本発明においては導電物質を加熱処理する手段を有することが好ましい。
【００１９】
本発明のプラスチック接合方法を又はプラスチック接合の装置を使用して各種のプラスチック部品、製品が得られる。本発明のプロセスで張り合わされることにより、低温で、汚染がなく、比較的大面積のプラスチック部品を強固に接合できるという特徴がある。特に微細加工を施した製品に好適に使用できる。それを利用して製造されるプラスチック製品とは、たとえば液晶パネル用やプラズマディスプレイ用のプラスチックシート、同じく配向膜、薬品用フィルムシート、各種バイオチップ、マイクロ分析チップなどがあげられる。特に低温での接合を必須とされる各種プラスチック製バイオチップ及びマイクロ分析チップには有効であり、そのなかで核酸チップ、プロテインチップ、抗体チップ、アプタマーチップ、糖タンパクチップ等の生理活性物質をチップ表面又は内部に固定化している製品群が挙げられる。さらには表面に１つ以上のマイクロチャネル（微細流路）を有するプラスチック製のマイクロ分析チップおよびバイオチップなどもその対象となる。
【実施例】
【００２０】
以下に実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。
【００２１】
（実施例１）
アクリル樹脂を原料にし、射出成形及び切削加工により、図１に示す成形品（貫通孔１：直径１ｍｍ、マイクロ流路２：長さ２５ｍｍ、断面形状は矩形、深さ２００μｍ、幅２００μｍ）を得た。この成形品のマイクロ流路加工面に、蒸着によりアルミの薄膜（厚さ５μｍ）を全面コーティングした。その後で紫外線用レジストＯＦＰＲ−８００をスピンコーターでコーティングしプリベーキングした後、図２に示すＰＥＴフィルムのフォトマスク（丸状に光を透過する部分１１：直径１．１ｍｍ、直線状に光を透過する部分１２：長さ２５ｍｍ、巾３００μｍ、遮光部１３）をかぶせた後に露光機にて４００ｍＪの紫外線を照射し、現像してポストキュアを行った。その後で希塩酸で処理することによりアルミコーティングの中で不用な部分を除去し、さらにテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドの希釈水溶液で洗浄することによりレジストを除去して図３に示す金属箔コーティング微細成形品を得た。
【００２２】
上記の金属箔コーティング微細成形品における金属箔コーティング面を、図４に示すアクリル板に押し付け、５ｋｇの重しを乗せた状態でオーブンに入れ、１００℃で真空状態で融着させる。処理時間は１時間とした。
【００２３】
（実施例２）
実施例１の金属箔コーティング微細成形品の金属部分に図５に示すように銅線を接合し（銅箔４１：厚さ２０μmの銅箔を導電ペーストで接合、銅線４２：導電ペーストで接合）、図６に示すアクリル板を金属箔コーティング面に押し付けた状態でプレスで加圧する。プレスの温度は５０℃とした。銅線に１２Ｖ直流電流を１分間流し、ジュール熱の加熱により融着させる。
【００２４】
（比較例１）
図１に示す成形品に金属コーティング等を行わない状態で、図４に示すアクリル板に押し付け、５ｋｇの重しを乗せた状態でオーブンに入れ、１００℃で真空状態で融着させる。処理時間は１時間とした。
【００２５】
（評価方法）
得られた接合品を３点曲げ状態で１ｍｍたわませたときに接合面が剥離するか否かを目視で観測する。
【００２６】
（評価結果）
表1に結果を示す。実施例１，２は比較例１よりも強固に接着させることができたと判断された。
【００２７】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施例１，実施例２、比較例１に使用した微細成形品を示す平面及び断面の模式図である。
【図２】実施例１、実施例２に使用したＰＥＴフィルムフォトマスクのマスク形状の模式図である。
【図３】実施例１に使用した金属箔コーティング微細成形品を示す平面及び断面の模式図である。
【図４】実施例１、比較例１に使用した蓋用のアクリル板の模式図である。
【図５】実施例２に使用した電極貼り付けした微細成形品を示す平面及び断面の模式図である。
【図６】実施例２に使用した蓋用のアクリル板の模式図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  貫通孔（直径１ｍｍ）
２  マイクロ流路（長さ２５ｍｍ、断面形状は矩形、深さ２００μｍ、幅２００μｍ）
１１  丸状に光を透過する部分（直径１．１ｍｍ）
１２  直線状に光を透過する部分（長さ２５ｍｍ、巾３００μｍ）
１３  遮光部
２１  金属箔コーティングされていない貫通孔
２２  金属箔コーティングされていないマイクロ流路
２３  金属箔コーティング部
４１  銅箔（厚さ２０μｍの銅箔を導電ペーストで接合）
４２  銅線（導電ペーストで銅箔に接合）
【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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