(57)【要約】【課題】従来の微小流路化学デバイスは、その加工性や精度の点から、主として無機材料が用いられるが、微小流路の形成と接合強度などとともに製造に時間がかかるなどの問題があり、一定の高品質の微小流路化学デバイスを量産可能でかつ安価で、短時間で製造することが求められている。【解決手段】本発明は、真空紫外線の照射処理し加圧手段により接合が可能な樹脂で微小流路を形成した基板および蓋基板で接着しようとする面をまず真空紫外線（たとえば、２００〜１２０ｎｍ、なかでも１７２ｎｍ）を照射して前処理を行い、ついで基板を積層し塑性変形温度未満までの温度に加熱し、あるいは加熱することなく加圧して両者を接合することによって、樹脂製微小流路化学デバイスを製造する方法である。このような方法により製造された微小流路化学デバイスは、流路の断面構造安定性、耐圧性能などに優れており、簡便な方法により安価に、かつ容易に製造することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
任意の枚数の微小流路の溝を表面に形成した樹脂基板と前記溝を微小流路に形成する樹脂蓋基板とを接合して樹脂製微小流路化学デバイスを製造する方法において、
樹脂の材料が真空紫外線の照射処理し加圧手段により接合が可能な樹脂であり、
両基板あるいはその一方の基板の表面を真空紫外線を照射し、ついで基板を積層し塑性変形温度未満までの温度に加熱し、あるいは加熱することなく加圧して両者を接合することを特徴とする上記樹脂製微小流路化学デバイスを製造する方法。
【請求項２】
請求項１記載の樹脂製微小流路化学デバイスを製造する方法において、加圧手段が
プレス手段またはロール加圧手段であることを特徴とする製造方法。
【請求項３】
両基板の何れか一方あるいは双方に外部との接続を可能とする貫通孔をあらかじめ穿設した基板を使用することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の樹脂製微小流路化学デバイスを製造する方法。
【請求項４】
外部との接続を可能とする大型溝に続いて微小流路の溝を表面に形成した樹脂基板を使用することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の樹脂製微小流路化学デバイスを製造する方法。
【請求項５】
真空紫外線の波長が２００〜１２０ｎｍであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の樹脂製微小流路化学デバイスを製造する方法。
【請求項６】
真空紫外線の波長が１７２ｎｍであることを特徴とする請求項５に記載の樹脂製微小流路化学デバイスを製造する方法。
【請求項７】
微小流路の溝および外部との接続を可能とする貫通孔のいずれかあるいは双方がフォトリソグラフィにより形成されたものであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の樹脂製微小流路化学デバイスを製造する方法。
【請求項８】
微小流路の溝を表面に形成した樹脂基板と前記溝を微小流路に形成する樹脂蓋基板として長尺なロール状物で供給され、接合後に樹脂製微小流路化学デバイスに切断加工することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の樹脂製微小流路化学デバイスを製造する方法。
【請求項９】
基板樹脂がポリメチルメタクリレート、シクロオレフィンポリマーおよびポリエーテルエーテルケトンなる群より選ばれる樹脂であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の樹脂製微小流路化学デバイスを製造する方法。
【請求項１０】
請求項１ないし９に記載のいずれか１項の方法によって製造された樹脂製微小流路化学デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小流路を利用した化学反応や、分離・分析・検出等に用いられる樹脂製微小流路化学デバイスの製造方法とそれによって製造された樹脂製微小流路化学デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、微小領域における化学反応の特異性に着目し、それらを生体高分子計測や有機合成、その他の分野に応用するべく盛んに研究が進められている。これらは、ミリメートルからマイクロメートルオーダーの微小な流路（微小流路）を有するものであって、この微小流路の空間で化学反応や、分離・分析・検出等を行おうとするもので、これらの微小流路を有する素子・チップなどを通常μ−ＴＡＳ（Micro Total Analysis System）、マイクロリアクター、微小流路化学デバイスなどとよんでいる。
従来、この微小流路化学デバイスを製造する場合（商業ベースの生産および実験室レベルでの作製）には、ガラス、合成石英ガラス、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）（シリコンゴム系）等の材料を用いて微小流路を形成して製造するか、あるいは、樹脂を材料として使用する場合には、微小流路を形成した樹脂基板を接着剤の使用により積層するかあるいは、加熱融着して積層することにより製造されている。
【０００３】
これらは、基板の表面および裏面に平坦面を有する少なくとも２枚以上の複数の基板により構成され、基板の平坦面の一部に微小流路が構成されており、この微小流路に成分分析・合成など目的とするガス・液体を流入させて分析・反応などを行わせるものである。
【０００４】
この微小流路化学デバイスにおける微小流路自体の寸法は、現在のところミリメートルからマイクロメートルオーダーのものが主である。とくに、マイクロメートルオーダーの細管中では、異なる液相が合流する際、相互分子の拡散が効率よく行われるために反応時間が短縮されるとか、また、微小領域では液液界面での反応の効率及び加熱冷却の効率が上がるため、少ない試料で短時間の反応が達成することなどの利点がある。このようなことから、生体分析や臨床応用化学分野、更にはナノメートルサイズの粒子生成などの技術開発には、従来の実験室での試験管サイズの反応から微小流路化学デバイスを用いた反応への要求が高まってきている。
【０００５】
そして、この微小流路の作製技術は、マイクロメートルオーダーである流路ディメンションの要求により、一般的にはフォトリソグラフィに代表されるマイクロ加工技術が採用されることが多い。とくに寸法精度や加工安定性から、マイクロ加工技術には半導体プロセスを基本とした加工技術が好んで利用された背景があり、微小流路形成もマイクロリソグラフィを用いることが知られ、さらにこの技術と機械加工や電鋳技術との融合等による作製技術の開発も盛んに研究されている。
【０００６】
例えば、フォトリソグラフィを基本に、ガラスやシリコン基板のフッ化水素酸系エッチ液（エッチャント）を用いた等方性エッチング、シリコン基板への異方性エッチング、高アスペクト比を狙うＤｅｅｐ ＲＩＥ（ＲＩＥ：反応性イオンエッチング）や厚膜形成用化学増幅型フォトレジストをシンクロトロン放射光で光化反応させた高アスペクト比造形物を鋳型として電鋳する等、流路形成に多大な費用と時間が費やされているのが現状である。
【０００７】
このため、上述のようなマイクロ加工技術を用いて、その加工性や精度の点から、主としてガラス板や石英板、シリコン板、金属・セラミックス等の無機材料が用いられているが、これらの無機材料に微小流路を形成して流路基板と蓋基板を製造し、それぞれを強固に接合し求められる細管（微小流路）を埋設した微小流路化学デバイスとしたのでは、製造費用が高くさらに製造に長時間を費やさざるをえないため、低価格で、1回限りの使い捨てが可能な（ディスポーザブルな）用途への適用などには程遠いものであった。
【０００８】
他方、微小流路を形成した流路基板と蓋基板とを接合する技術をみてみると、上記微小加工物を雄型とし、樹脂に反転する手法が近年報告され、この手法を使用して実験室レベルではシリコンゴム系のポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）で雄型を封止し、硬化後に剥離し微小流路の転写を得て、これをガラス基板に接合することが一般的である。しかし、支持基板となるガラスヘの接合はＰＤＭＳの自己接着性によるのみであるために、大きな内圧を必要としない用途に限定され、液体クロマトグラフィ等の高圧通液には適用できない。そこで高耐圧化を達成するために、シリコンウエハー、ガラス、一部金属等で微小流路構造材料を作成し、高温下で固相接合を行えば、耐圧性能の高い微小流路化学デバイスが作成可能であるが、先に述べたとおり製造コストと量産に向かないなどの点から実用的でないなどの問題点がある。
【０００９】
これらのことから、近年樹脂を使用したデバイスが提案されている。
たとえば、液体試料が流動する微小な流路を有する下部基板と、上部基板とを少なくとも有する、液体試料の電気的及び／又は光学的計測を行うためのマイクロチップであって、少なくとも下部基板が特定の透明炭化水素系重合体からなり、かつ少なくとも下部基板の流路を有する側の表面を酸素プラズマ処理した後、下部基板と上部基板を上記透明炭化水素系重合体のガラス転移温度（Ｔｇ）未満の温度で熱圧着させて得られたマイクロチップが提案されている（たとえば、特許文献1など参照。）。
しかしながら、基板の表面を均一に酸素プラズマ処理するのが困難であるとか、わざわざ酸素プラズマを製造しなければならないなどの問題がある。
また、分析対象試料の注入口及び排出口、並びに分析用媒体の注入口及び排出口を有する流路を備え、紫外線又は可視光領域における透過性を有する２つの樹脂成型部品の貼合わせ体からなる微小流路素子の製造方法であって、少なくとも一方の樹脂成型部品の表面に前記流路となる溝が形成された樹脂成型部品同士を貼り合わせて内部に前記流路が形成された貼合わせ体を作製する貼合わせ体の作製工程と、前記貼合わせ体を二酸化珪素膜で被覆する被覆工程とを有することを特徴とする微小流路素子の製造方法も提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
しかしながら、二酸化珪素膜で被覆しならず、製造コストと製造に時間がかかるなどの問題があるところから、実用的であるとはいいがたい。
【００１０】
このように、従来の微小流路化学デバイスはガラス、合成石英ガラス、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）（シリコンゴム系）などの材料を使用するため微小流路の形成と接合強度のある積層体の形成などが難しく、しかも製造に時間がかかるなどの問題があり、接着剤や加熱融着によって製造される樹脂製の微小流路化学デバイスも存在するが、流路の断面形状を全流路に沿って一定のものに維持できないなどの問題があり、一定の高品質の微小流路化学デバイスを量産可能でかつ安価で、短時間で製造することができる技術は確立されていないというのが実情である。
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−２４０７５５号公報
【特許文献２】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】
【００１２】
以上のような状況から、ガラスやセラミックス、シリコン基板などを使用することなく、樹脂で微小流路を形成した流路基板と蓋基板を接合した樹脂製微小流路化学デバイスが求められてきている。しかし、接合に接着剤を使用した場合は、接着剤が微小流路に染みだして流路が塞がれてしまったり、また流路壁面の均質な特性を乱すことが問題となるし、さらに微小流路の一部が狭くなって流路が均一でなくなったりするために好ましくなく、また加熱溶融温度以上で融着すると加熱段階で流路がつぶれてしまうとか、流路が所定の断面形状に保持できないなどの問題が生じる。
そこで、従来、ガラス板、石英板、シリコン板、金属、セラミックス等の無機材料を使用して達成される加工性や精度と同程度あるいはそれ以上のものを得るために、  樹脂材料を使用して、接着剤を使用することなく、簡便な方法により、微小流路断面形状を保持可能で、耐圧性能の高い高品質の微小流路化学デバイスの製造方法の確立が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
そこで、本発明者らは、樹脂製の微小流路基板と蓋基板を簡便な方法で製作し、接着剤を使用することなく、材料樹脂の種類と表面状態、流路の断面構造安定性、耐圧性能などを勘案して微小流路断面形状を保持可能な安定加工手法の開発を鋭意研究した結果、接合界面の改質と圧着の組み合わせにより、微小流路を形成した樹脂製の流路基板と蓋基板とを接合すると流路の断面構造安定性、耐圧性能などに優れた樹脂製の微小流路化学デバイスを製造することができるという知見を得て本発明に至った。
すなわち、本発明は、微小流路の溝を形成した樹脂製の流路基板あるいは蓋基板で接着しようとする面をまず真空紫外線を照射して前処理を行い、ついで、両者を加圧接合することによって、樹脂製の微小流路化学デバイスを製造する方法である。このような方法により製造された微小流路化学デバイスは、流路の断面構造安定性、耐圧性能などに優れており、簡便な方法により安価に、かつ容易に製造することができるものである。
【００１４】
より詳細に本発明を説明する。
【００１５】
本発明で使用する微小流路の溝を形成する樹脂基板および樹脂蓋基板の材料樹脂としては、真空紫外線により樹脂表面が処理された場合加圧手段により接着する樹脂であればどのような樹脂でも使用することができる。代表的な樹脂としては、たとえばポリメチルメタクリレート、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）およびポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）が挙げられる。
これらの樹脂の中には、加圧手段により接着させる場合、常温下では接着力が弱いが、塑性変形温度未満までの加熱条件下で非常によく接着する樹脂もある。
本発明において、加圧接着する場合、常温下で加圧接着させる場合あるいは塑性変形温度未満までの加熱条件下で加圧接着させる場合のいずれかを意味する。
【００１６】
微小流路の溝を形成した樹脂基板および樹脂蓋基板は、同種の樹脂であっても、異種の樹脂であってもよいが、接着性の観点からはなるべく同種の樹脂であるほうが好ましい。
【００１７】
また、これらの樹脂は、２種類以上の樹脂をブレンドしたものを使用することができる。しかし、均一に混合するものでないと接合したときに接合不良を起こしたり、耐圧性が低下するために、実際的でない。
【００１８】
ポリメチルメタクリレートとしては、ホモポリマーであってもコポリマーであっても差し支えない。メチルメタクリレートに共重合させることができるコモノマーとしてはポリメチルメタクリレートの性質を損なわないものであればどのようなものであっても使用することができる。
【００１９】
ポリエーテルエーテルケトン樹脂は、フェニルケトンとフェニルエーテルの組合せ構造からなるもので、通常ＰＥＥＫと略称されることが多く、すでにビクトレックス、ケーデル、ＰＥＫＫ、ウルトラペックなどの商品名で上市されている周知の樹脂である。
【００２０】
シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）は、シクロオレフィン類をモノマーとして合成される主鎖に脂環構造を有するポリマーである。このポリマーとしては、たとえば、ノルボルネン系のモノマーを開環メタセシス重合した後、重合体中の二重結合を水素化して得られる開環メタセシス重合体水素化ポリマーなどがあげられる。市販されているものとしては商品名ＺＥＯＮＥＸ（日本ゼオン社製）などがある。
【００２１】
基板の形状としては、板状のものであっても、シート状のものであってフイルム状のものであってもよい。微小流路の溝をあらかじめ形成した樹脂基板の集合体をまず製造し、ついで必要な寸法の樹脂基板に切断してもよいし、まず必要な寸法の樹脂基板の原版とした後、その表面に微小流路の溝を形成してもよい。製造のしやすさからは微小流路の溝をあらかじめ形成した樹脂基板の集合体をまず製造し、ついで個別の樹脂基板に切断するほうがよい。
【００２２】
さらに、シート状またはフイルム状のものをそのまま使用する場合には、まず表面に微小流路を形成し、真空紫外線処理をしてこの処理をしたものと蓋基板となるシート状またはフイルム状のものと接合して後に、所定寸法に切断して製品としてもよい。
【００２３】
つぎに、樹脂基板の表面に微小流路を形成する方法を説明する。
微小流路の形成技術としては、たとえばフォトリソグラフィによる方法、あるいは射出成形による方法などがある。
フォトリソグラフィは、被加工樹脂基板上にフォトレジストの皮膜を塗布し、この塗布膜にあらかじめ定められた図形パターンを有するフォトマスクを介して図形状に露光し、ついで現像液を用いてフォトレジストを現像し、現像後基板上に残ったフォトレジストを保護膜として基板をエッチングし最後にフォトレジスト膜を除去して、必要な形状の微小流路を形成するものである。可視光、紫外線、遠紫外線、Ｘ線を用いるものばかりでなく電子線（ＥＢ）を使用したリソグラフィにより微小流路を形成してもよい。
【００２４】
エッチングする試薬としては、樹脂により異なるが、周知のエッチング液を使用してエッチングすればよく、特定のものには限定されない。
エッチングする方法としてはさらにドライエッチングする方法も適用される。このドライエッチング方法としてはリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）、プラズマアッシングなど通常の公知のドライエッチング法が適用することができる。
【００２５】
射出成形法による場合には、補助金型として金属基板上に、たとえば、ネガ型フォトレジストを塗布し、露光し、現像しエッチングしレジストを除去して形成された必要形状の凸状部を形成した補助金型を作製しこの補助金型を金型内に設け、射出成形により樹脂表面に必要形状の微小流路を形成したものとすることにより得られる。この補助金型を使用して圧縮成形法により製造することもできる。
【００２６】
柔軟な物性を呈する樹脂シート状物を使用して微小流路の溝を形成した樹脂基板を製造する場合には、長尺なロール状のシート状物をフォトリソグラフィによりその表面に連続的に微小流路の溝を形成し、必要な形状の寸法に切断して樹脂基板としてから１７２ｎｍ単一波長の高エネルギー真空紫外線による処理を施すか、あるいはその逆の高エネルギー真空紫外線による処理を施してから必要な形状の寸法に切断して樹脂基板とすることもできる。
【００２７】
つぎに、真空紫外線による処理について説明する。
紫外線の中でも２００ｎｍ以下の波長領域のものは真空の雰囲気が必要なので、これ以下の領域を真空紫外線とよんでいる。本発明は、この真空紫外線を用いて接合するべき樹脂材料を前処理するものである。この真空紫外線の波長領域ならばどのような波長のものであっても利用することができるが、この波長領域の中でも２００〜１２０ｎｍの波長領域、さらには１７２ｎｍの波長のものが好ましい。１７２ｎｍの場合は単一波長である。
【００２８】
本発明で、真空紫外線を照射すると、表面が改質され、加圧圧着により接合できるが、その原因ははっきりしない。
樹脂基板の表面の濡れ性を高める方法としては、紫外線照射、酸素プラズマ処理、コロナ放電処理などが一般に知られている。これらの処理により表面には樹脂の酸化分解物が形成され堆積するために濡れ特性が改善されると考えられている。紫外線照射を例にとると、大気中の酸素が紫外線（ＵＶ）照射によりオゾンＯ３を発生し、更にＵＶを吸収したＯ３から活性酸素Ｏｘが生成される。Ｏｘの高い酸化力により表基板の樹脂は分子間の結合が切断され揮発し清浄表面が得られる。
これら酸化分解プロセスの効果を飛躍的に高め短時間で処理可能とするのが真空紫外線である。誘電体バリア放電エキシマランプを用いると、Ｏ３のみならずＯ２からも直接活性酸素種を励起生成するため、酸化分解に寄与する活性酸素種濃度が高く、高効率な酸化分解が可能となる。また、少なくとも非結晶性樹脂に真空紫外線を照射すると、ポリマー自身も結合にダメージを受けることを見出した。この理由ははっきりしないが、単なる酸化分解による親水化効果ではなく、カルボニル基、カルボキシル基、ヒドロシル基、その他のフリーラジカルの生成や、ポリマーヘのダメージにより活性種が随所に発現したことが、つぎの工程の圧着処理による強固な結合に大きく寄与するものであると考えられる。
【００２９】
真空紫外線を照射する場合の処理時間は、一般に光源の強さ、処理するべき材料と光源との間隔（距離）、さらには波長とが関係する。光源の強さが強ければ強いほど、また間隔が狭まると照射時間は短くなり、さらに波長が短くなると照射時間も短縮される。一般的には、照射時間は、数秒ないし数十秒ないし数分程度までで十分である。
【００３０】
さらに、１７２ｎｍ単一波長の真空紫外線を得る光源としては上述の誘電体バリア放電ランプがある。処理は、１７２ｎｍ単一波長の高エネルギー真空紫外線を大気圧下で数秒から数分間照射して行う。真空紫外線が大気中で吸収されやすい点に鑑み、光源と処理するべき材料との間隙は数ｍｍ、好ましくは１．０ｍｍがよい。なお、接合のための加圧処理に際しては、接合界面の化学的活性種の状態により大気成分が効果を妨げる可能性が予想されるが、このような場合には減圧したり不活性ガス、さらには反応性ガスを適宜封入しても構わないが、プロセスコスト低減のためには大気中での処理が可能であることが肝要である。
【００３１】
この処理は、接合するべき基板の表面の一方、あるいは両方の面に適用することができる。
【００３２】
この処理に先立って、処理するべき基板の表面を適宜脱脂洗浄し油脂並びに異物を除去し、乾燥処理しておくことが望ましい。
【００３３】
さらに、接合の方法について説明する。
接合は、接合しようとする樹脂の基板を塑性変形温度未満までの温度に加熱するかあるいは加熱することなく高エネルギー真空紫外線の処理をしたものを重ね合わせて加圧接合する。このようにすることにより強固な接合が得られる。一般に、塑性変形温度未満までの温度まで加熱して加圧接合するほうが強固な接合が得られるようである。
【００３４】
加圧接合する手段としては、プレス手段およびロール加圧手段などがある。
【００３５】
本発明での基板を加圧接合する場合、微小流路の溝を樹脂基板の両面に形成してもよいし、片面だけに形成してもよい。両面に形成する場合には、基板を積層した場合に、別の基板に形成した溝と重なり合わないように溝の設計をする必要があるが、微小流路の設計によっては重なり合うようにしてもよいことはもちろんである。
単純な場合には一枚の微小流路の溝を形成した樹脂基板と溝を微小流路に形成する樹脂蓋基板とを重合して接合して一体化して樹脂製の微小流路化学デバイスとする。
【００３６】
微小流路に流すべき液や気体などの量が多くなる場合には、複数枚の微小流路の溝を形成した樹脂基板と樹脂蓋基板とを重合して接合し一体化して樹脂製の微小流路化学デバイスとする。このような場合には、樹脂基板同士が他の樹脂基板の表面に形成された微小流路となるべき溝を微小流路に形成する樹脂蓋基板の役目をすることになる。そして、最後に残った溝を微小流路とする蓋基板を重合して接合し一体化することになる。多数の基板を重合して接合し一体化する場合の順序としては、必要とする基板全部を同時に接合し一体化してもよいし、順次基板を接合し一体化してもよいし、複数枚の基板をまず接合し、このようなものをいくつか順次、あるいは同時に重ね合わせて接合し一体化してもよい。
【００３７】
プレス手段としては、接合する必要枚数の基板を積層したものを挟み込んで加圧する形式のものであればどのようなプレス機械でも使用することができる。通常プレス機械は、機械プレスと液圧プレスに大別されるが、いずれも使用することができる。製造する規模と大きさとかける圧力により目的にあったものが使用することができる。
【００３８】
ロール加圧手段は、回転ロールの間に積層するべき基板材料を通して加圧接合するものであり、任意の枚数の基板を重合してこのロール間に通して短時間で加圧して接合することができるので非常に便利である。また接合する材料がシート状あるいはフィルム状などの形状の長尺ものの場合に連続的に加圧接合することができるロールラミネーション手段がとくに便利である。このロール加圧手段では、一対の回転ロールをいくつか並べてこれらを順次通して接合操作を実施してもよい。
【００３９】
本発明において、微小流路の溝を表面に形成した任意の枚数の樹脂基板と前記溝を微小流路に形成する樹脂蓋基板とを接合して樹脂製微小流路化学デバイスを製造する方法とは上述のような場合のすべてを包含するものである。
【００４０】
微小流路化学デバイスの外部との接続を可能とするための補助手段としては大型溝あるいは孔がある。大型溝は、外部との接続を可能とする大型溝をあらかじめ設けこれに続いて微小流路の溝を表面に形成してもよい。孔としては、基板に外部との接続を可能とする貫通孔をあらかじめ穿設しておいてもよい。
【００４１】
本発明の製造方法を図面を用いて説明する。
【００４２】
図１は、基板の表面の真空紫外線処理を示す模式図を示す。ここで１０は真空紫外線発生のための真空紫外線光源を、１１は光源１０より照射される真空紫外線１１を、３は微小流路の溝５を表面に形成した樹脂基板を、４は溝を微小流路に形成する樹脂蓋基板を、７および８は真空紫外線１１により改質された樹脂基板３と樹脂蓋基板４のそれぞれの表面改質層を、５は微小流路の溝をそれぞれ示す。
まず、樹脂基板３と樹脂蓋基板４の接合するべき表面を、必要に応じて溶剤などを用いて洗浄した後、真空紫外線光源１０から真空紫外線１１を照射して樹脂基板３の表面に表面改質層７と樹脂蓋基板４の表面に表面改質層８を形成させる。
【００４３】
図２は、図１で処理した両基板を接合する場合のプロセスの模式図を示す。
図１で処理した樹脂基板３と樹脂蓋基板４とをそれぞれ表面改質層７と８とを向かい合わせて重合し、ついで加熱・加圧し両基板を接合する。この際、微小流路の溝５は、樹脂蓋基板により最終的に微小流路となる。
【００４４】
図３は、図２の微小流路の溝５の長手方向の断面の模式図である。ここでは、外部への接続を可能とする大型溝６に続いて微小流路の溝５を形成したものを示してある。
【００４５】
図４は、樹脂基板と樹脂蓋基板とを加熱・加圧して接合した後の一体化した微小流路化学デバイス１を示すもので、図２で示されたものに対応するものである。
【００４６】
図５は、シート状あるいはフィルム状のものを使用して微小流路化学デバイスを量産化する場合の概念図である。ここでは、あらかじめ微小流路の溝などを設けたシート状の樹脂基板と微小流路に形成するシート状の樹脂蓋基板をそれぞれロール状に巻いたものを順次繰り出して真空紫外線光源からの真空紫外線で処理し、ついでロールラミネーション手段により両者と接合することにより一体化し、最後にそれぞれに裁断して微小流路化学デバイスにするものである。ここでは、樹脂基板となるシート状のものと樹脂蓋基板となるシート状のものとそれぞれ１つの場合を示してあるが、樹脂基板となるシート状のものを複数枚用意して同時にロールラミネーション手段により積層・接合してよいし、それぞれのシート状のものを２シートまず接合し、さらにそれに別のシート状のものを接合するという操作を繰り返して必要枚数の基板を積層・接合して、微小流路化学デバイスとしてもよい。
【発明の効果】
【００４７】
本件発明の奏する効果としては、高エネルギー真空紫外線の照射処理し加圧手段により接合が可能な樹脂で微小流路を形成した基板および蓋基板で接着しようとする面をまず１７２ｎｍ単一波長の高エネルギー真空紫外線を照射して前処理を行い、ついで基板を積層し塑性変形温度未満までの温度に加熱し、あるいは加熱することなく加圧して両者を接合することによって簡便で容易に樹脂製微小流路化学デバイスを製造できるという効果を奏する。そして、この製造方法により樹脂製微小流路化学デバイスの懸案であった流路構造を保持した状態での強固な接合が可能となり、その加工プロセスの簡便さから低コストの樹脂製微小流路化学デバイスを広く市場に提供可能となる。
【００４８】
以下に、本発明を具体化した例を示すが、これに限定されるものではない。
【００４９】
［実施例１］
蛍光分析用として高透明非晶質樹脂による微小流路化学デバイスを製作した。
最初に、微小流路を形成した基板と貫通孔付き蓋基板の２種類の基板を射出成形法により製作した。使用した樹脂は、ポリメチルメタクリレート樹脂（三菱レイヨン製、商品名アクリペットＶＨ、溶融温度２４５℃）であって、成形条件は、標準条件で、外形３０ｍｍ×７０ｍｍ、厚さ１．０ｍｍのプレート状の基板を成形した。微小流路を形成した基板を成形する場合には、あらかじめ所望の微小流路パターンの雄型を形成した金型を用いた。各基板は厚さ１．０ｍｍ、外形３０ｍｍ×７０ｍｍのプレート状のものである。
まず、これらの２枚の基板をイソプロピルアルコールに浸漬して超音波洗浄し、続いて窒素ガスの吹きつけにより乾操後、１７２ｎｍ単一波長誘電体バリア放電ランプを用いて真空紫外線（ＶＵＶ）を２分間照射し前処理とした。ＶＵＶの酸素や水分への吸収効率と被処理表面への到達効率の点から、光源と処理すべき基板との間隙は１．０ｍｍとした。
そして、この前処理した２枚の基板を治具で圧着し雰囲気温度８０℃にて加熱、徐冷後に高透明で強固な接合強度を備えた微小流路化学デバイスを得た。徐冷後の２枚の基板の接合強度は、接合後に４８時間静置した後にＪＩＳ Ｋ ６８５０ に準拠し引張せん断接着強さを実測したところ、検査数１０検体にわたり、６．３ｋｇｆ／ｃｍ２（＝６２．１Ｎ／ｃｍ２）〜６．８ｋｇｆ／ｃｍ２（＝６６．７Ｎ／ｃｍ２）の接合強度であった。また、接合後基板の短辺をそれぞれ左右の第1指・第２指で保持し、捻（ひね）っても剥離しなかった。更に、雰囲気温度の８０℃の代わりに７０℃にて加熱、徐冷後に高透明で強固な接合強度を備えた微小流路化学デバイスを得たものも同様の結果であった。
【００５０】
［実施例２］
実施例1と全く同じ部材を準備し、真空紫外線を２分間照射し、直ちに常温雰囲気下において治具で圧着し、治具より解放した後４８時間静置して試料を作製した。この試料を用いてＪＩＳ  Ｋ６８５０に準拠し引張せん断接着強さを実測したところ、検査数１０検体にわたり、５．５ｋｇｆ／ｃｍ２（＝５３．９Ｎ／ｃｍ２）〜６．９kgｆ/ｃｍ２（＝６７．７Ｎ／ｃｍ２）の接合強度であった。また、接合後基板の短辺をそれぞれ左右の第1指・第２指で保持し、捻（ひね）っても剥離しなかった。
【００５１】
［比較例１］
真空紫外光照射処理のみを行わなかった基板を用いた点を除いて、実施例1と同じ操作を繰り返した。接合された基板は、加熱・徐冷後は一見接合したかにみえたが、ＪＩＳ Ｋ ６８５０に準拠し引張せん断接着強さを実測したところ０．５ｋｇｆ/ｃｍ２
（＝４．９Ｎ／ｃｍ２）以下の接合強度でしかなく、捻（ひね）った瞬間に剥離した。
【００５２】
［比較例２］
真空紫外光照射処理のみを行わなかった基板を用いた点と加熱温度（雰囲気温度）を９０℃とした点を除いて、実施例1と同じ操作を繰り返した加熱・徐冷後の微小流路は変形により部分的に過大な深さ変動が発生した。また、一見接合したかにみえたが、ＪＩＳ Ｋ ６８５０に準拠し引張せん断接着強さを実測したところ０．５ｋｇｆ／ｃｍ２(４．９Ｎ／ ｃｍ２)以下の接合強度でしかなく、捻（ひね）った瞬間に剥離した。
【００５３】
［比較例３］
真空紫外光照射処理のみを行わなかった基板を用いた点と加熱温度（雰囲気温度）を１２０℃とした点を除いて、実施例1と同じ操作を繰り返した。加熱・徐冷後の微小流路は変形により部分的に過大な深さ変動が発生し、埋没した。微小流路基板と蓋基板は完全に融和した。
【００５４】
［実施例３］
高透明非晶質樹脂としてシクロオレフィンポリマー（ＺＥＯＮＥＸ３３０Ｒ，日本ゼオン社製）に代えるとともに加熱操作温度（雰囲気温度）を９０℃に変更したほかは、実施例1と同じ操作を繰り返した。徐冷後に４８時間静置後、ＪＩＳ Ｋ  ６８５０に準拠し引張せん断接着強さを実測したところ、検査数１０検体にわたり、７．２ｋｇｆ／ｃｍ２（＝７０．６Ｎ／ｃｍ２）〜７．８ｋｇｆ／ｃｍ２（＝７６．５Ｎ／ｃｍ２）の接合強度であった。また、接合後基板の短辺をそれぞれ左右の第1指・第２指で保持し、捻（ひね）っても剥離しなかった。また、微小流路の深さ寸法を測度したところ、幅１００μｍ、深さ４０μｍに対して１％以下の変化率であった。また、加熱操作温度（雰囲気温度）の９０℃の代わりに８０℃で行ったものも同様の結果を得た。
【００５５】
［比較例４］
高エネルギー真空紫外光照射処理のみを行わなかった基板を用いた点を除いて、実施例３と同じ操作を繰り返した。接合された基板は、加熱・徐冷後は一見接合したかにみえたが、ＪＩＳ Ｋ ６８５０に準拠し引張せん断接着強さを実測したところ０．４ｋｇｆ／ｃｍ２（=３．９Ｎ／ｃｍ２）以下の接合強度でしかなく、捻（ひね）った瞬間に剥離した。
【００５６】
［実施例４］
マイクロリアクター用として、非透明半結晶性、線状芳香性樹脂による微小流路化学デバイスを作成した。微小流路を形成した基板と貫通孔付き蓋基板の２種類の基板は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ １５１Ｇ，ビクトレツクス・エムシー社製）を用いて、公知の条件の下に射出成型法により製作した。
真空紫外光の照射時間を５分間とした以外の前処理は、実施例1と同様に行った。圧着条件は高透明非晶質樹脂群とは全く異なり、雰囲気を１３３．３２Ｐａ〜３９９．９６Ｐａ（＝１Ｔｏｒｒ〜３Ｔｏｒｒ）に減圧し、加熱操作温度（雰囲気温度）を３００℃とし緩やかに昇温させた後に一定時間その温度に保ち、ついで徐冷する。その後４８時間静置後、ＪＩＳ Ｋ  ６８５０に準拠し引張せん断接着強さを実測したところ、１０．２ｋｇｆ／ｃｍ２（＝１００Ｎ／ｃｍ２）〜１１．０ｋｇｆ／ｃｍ２（＝１０７．９Ｎ／ｃｍ２）の接合強度であった。また、接合後基板の短辺をそれぞれ左右の第1指・第２指で保持し、捻（ひね）っても剥難しなかった。また、微小流路の深さ寸法を測定したところ、幅１００μｍ、深さ４０μｍに対して１０％以下の変化率であった。
【００５７】
［比較例５］
真空紫外光照射処理のみを行わなかった基板を用いた点を除いて、実施例４と同じ操作を繰り返したところ、２枚の基板は全く接合しなかった。
【００５８】
［実施例５］
２枚の基板を、それぞれの厚さを１２５μmのフィルムとし、公知の圧縮成型法により流路を形成した微小流路フィルムと蓋フィルムを作成した。該フィルム同士は接合後に外形を切り出す工程を経て、フィルム状樹脂製微小流路化学デバイスの個片として完成する。
微小流路と外部の接続の為の貫通孔は予め機械加工により施しても良かったが、貫通孔の無い蓋フィルムにより微小流路を封止した。外部との接続は、予め微小流路に連続して形成した大型溝部を切断することにより断面に露呈する大型溝が貫通孔として機能する。
使用した樹脂は、ポリメチルメタクリレートフィルム（テクノロイＳ００３、住友化学社製）であり、フォトリソグラフィ法により作成した雄型を用いて公知の圧縮成型法により微小流路と大型流路を形成した。その後、真空紫外線を３０秒間照射し、連続して圧着に供した。連続圧着には、ロールラミネーショで加熱・加圧した。ロールラミネーションにはゴムライニング付きロール内に加熱機構を具備するフィルムラミネーターを用い、適切な加圧力とロール表面温度を設定し加工した。ロールラミネーションのロール表面の温度９５℃で接合後４８時間静置した後にＪＩＳ Ｋ  ６８５０に準拠し引張せん断接着強さを実測したところ、実施例1と同様の接合強度を得た。更に、ロール温度を常温として操作した場合には接合強度が１５％〜５％程度低下するが、基本的に同様の効果が認められた。
【００５９】
［実施例６］
２枚の基板を、それぞれの厚さを１８８μｍのシクロオレフィンポリマー（ＺＥＯＮＯＲフィルムＺＦ１４、日本ゼオン社製）に代えるとともにロールラミネーションのロール表面の温度を１０５℃に変更したほかは、実施例５と同じ操作を繰り返した。ロールラミネーション後４８時間静置した後にＪＩＳ Ｋ  ６８５０ に準拠し引張せん断接着強さを実測したところ、実施例５と同様の結果を得た。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】基板の表面の真空紫外線処理のプロセスの模式図を示す。
【図２】図１で処理した両基板を接合する場合のプロセスの模式図を示す。
【図３】図２の微小流路の溝５の長手方向の断面の模式図である。
【図４】図２ないし図３で接合することにより得られた微小流路化学デバイス１を示すものである。
【図５】シート状あるいはフィルム状のものを使用して微小流路化学デバイスを量産化する場合の概念図を示す。
【符号の説明】
【００６１】
１：微小流路化学デバイス
２：微小流路
３：樹脂基板
４：樹脂蓋基板
５：微小流路の溝
６：大型溝
７，８：表面改質層
１０：真空紫外線光源
１１：真空紫外線
【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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