(57)【要約】【課題】  マイクロ流体デバイスのマイクロチャネル内に液体を送液するための新規な送液装置及び該装置を有するマイクロ流体デバイスを提供する。【解決手段】  合成樹脂層と、該合成樹脂層内に埋設された送液チューブとからなり、前記送液チューブはその合成樹脂層埋設部分に少なくとも１個の大気に連通した開口部を有することを特徴とする送液装置。合成樹脂層と、該合成樹脂層内に埋設された送液チューブとからなり、前記送液チューブはその合成樹脂層埋設部分に少なくとも１個の大気に連通した開口部を有する送液装置と、一方の面側に所定の深さと幅のマイクロチャネルが形成され、該マイクロチャネルの一端に大気に連通するアクセスポートを有するポリマーシートとからなり、該ポリマーシートは、そのマイクロチャネルが前記送液チューブの開口部と位置が合致するように、前記合成樹脂層面上に積重されていることを特徴とするマイクロ流体デバイス。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
合成樹脂層と、該合成樹脂層内に埋設された送液チューブとからなり、前記送液チューブはその合成樹脂層埋設部分に少なくとも１個の大気に連通した開口部を有することを特徴とする送液装置。
【請求項２】
前記合成樹脂層が支持基板上に担持されていることを特徴とする請求項１記載の送液装置。
【請求項３】
前記合成樹脂層がポリジメチルシロキサン(PDMS)から形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の送液装置。
【請求項４】
合成樹脂層と、該合成樹脂層内に埋設された送液チューブとからなり、前記送液チューブはその合成樹脂層埋設部分に少なくとも１個の大気に連通した開口部を有する送液装置と、一方の面側に所定の深さと幅のマイクロチャネルが形成され、該マイクロチャネルの一端に大気に連通するアクセスポートを有するポリマーシートとからなり、該ポリマーシートは、そのマイクロチャネルが前記送液チューブの開口部と位置が合致するように、前記合成樹脂層面上に積重されていることを特徴とするマイクロ流体デバイス。
【請求項５】
前記合成樹脂層が支持基板上に担持されていることを特徴とする請求項４記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項６】
前記合成樹脂層及びポリマーシートがポリジメチルシロキサン(PDMS)から形成されていることを特徴とする請求項４又は５記載のマイクロ流体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロ流体デバイスに関する。更に詳細には、マイクロチャネルなどに液体を送液するためのチューブを内蔵したマイクロ流体デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、マイクロスケール・トータル・アナリシス・システムズ（μＴＡＳ）又はラブ・オン・チップ(Lab-on-Chip)などの名称で知られるように、基板内に所定の形状の微細な流路を構成するマイクロチャネル及びポートなどの微細構造を設け、該微細構造内で物質の化学反応、合成、精製、抽出、生成及び／又は分析など各種の操作を行うことが提案され、一部実用化されている。このような目的のために製作された、基板内にマイクロチャネル及びポートなどの微細構造を有する構造物は総称して「マイクロ流体デバイス」と呼ばれる。
【０００３】
マイクロ流体デバイスなどは遺伝子解析、臨床診断、薬物スクリーニング及び環境モニタリングなどの幅広い用途に使用できる。常用サイズの同種の装置に比べて、マイクロ流体デバイスは(1)サンプル及び試薬の使用量が著しく少ない、(2)分析時間が短い、(3)感度が高い、(4)現場に携帯し、その場で分析できる、及び(5)使い捨てできるなどの利点を有する。
【０００４】
従来のマイクロ流体デバイスの材質や構造は例えば、特許文献１などに提案されている。従来のマイクロ流体デバイス１００は、例えば、図６（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、ポリマーシート（例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ））などの基板１０１に少なくとも１本のマイクロチャネル（微細流路）１０２が形成されており、このマイクロチャネル１０２の両端には入出力ポート１０３，１０４が形成されており、基板１０１の下面側に透明又は不透明な素材（例えば、ガラス又は合成樹脂フィルム）からなる対面基板１０５が接着されている。この対面基板１０５の存在により、ポート１０３，１０４及びマイクロチャネル１０２の底部が封止される。
【０００５】
入出力ポート１０３，１０４の主な用途は、(イ)薬液やサンプルの注入（分注）、(ロ)廃液や生成物の取り出し、(ハ)気体圧力の供給（主に、送液のための正圧や負圧の印加）、(ニ)大気開放（送液時に発生する内圧の分散や、反応で生じたガスの解放）、及び(ホ)密閉（液体の蒸発防止や故意に内圧を発生させる目的のため）などである。
【０００６】
マイクロチャネル内に液体を送入する場合、ポート１０３又は１０４の開口部からマイクロピペット（図示されていない）などにより重力及び毛細管力だけで送入しようとしても、マイクロチャネル１０２の内径が細すぎるので、ポート１０３又は１０４からマイクロチャネル１０２内部にまで液体を送ることは困難であった。
このため、図７に示されるように、ポート１０３又は１０４の何れか一方又は両方に、テフロン、シリコン又はガラス製のチューブ１０７を接着剤１０９で固着し、このチューブ１０７の他端に接続された液体供給源（図示されていない）から加圧ポンプ（図示されていない）により液体をマイクロチャネル１０２内に圧送するように構成するのが一般的である。
【０００７】
しかし、ポート開口部にチューブを固着する方式では、つぎのような欠点があった。(1)マイクロ流体デバイス１００の送液部（送液ポート１０３）とチューブ固着位置が固定されているため、送液位置の変更ができない。(2)チューブ１０７をポート１０３内に差し込むため、チューブ１０７の内径が変形してしまう。(3)ポート１０３へのチューブ１０７の固設操作が煩雑である。(4)チューブ１０７の交換又は張り替えは原則的に不可能であり、マイクロ流体デバイス１００と共に廃棄されてしまう。この廃棄によりチューブ１０７が無駄になるばかりか、チューブ固設操作に要した手間も無駄になってしまい、極めて不経済であった。
【０００８】
別法として、図８に示されるように、チューブ１０７を専用ソケット１１１に固設し、このソケット１１１をポート１０３又は１０４内に着脱可能に取設する方式がある。この方式では、チューブ１０７をポート１０３に接着剤１０９で固着させるための操作が不要になるとともに、チューブ１０７を再使用することができ、チューブ１０７が無駄にならないという利点がある。しかし、着脱式ソケット方式の場合、(a)ポート１０３とソケット１１１との間の密閉性を確保するため、ポート１０３とソケット１１１との間でオーリング（図示されていない）を使用したり、ソケットをゴムなどの柔軟性のある軟質材料で形成するため構造が複雑となる。(b)着脱式ソケット１１１の場合、ポート１０３から着脱する際、ポンピングが起こり、マイクロチャネル１０２に対して予期せざる加圧や引圧などによる悪影響が生じることがある。
【０００９】
マイクロ流体デバイス１００の送液ポート１０３に送液用チューブ１０７を接着剤１０９で固着したり、ソケット１１１を用いたりせずにマイクロチャネル１０２に液体を送液するための新規な装置の開発が強く求められてきたが、未だ申し分のない装置は開発されていない。
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−１５７８５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、本発明の目的は、マイクロ流体デバイスのマイクロチャネル内に液体を送液するための新規な送液装置を提供することである。
本発明の別の目的は、マイクロチャネル内に液体を送液するための新規な送液装置を有するマイクロ流体デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するための手段として請求項１に係る発明は、合成樹脂層と、該合成樹脂層内に埋設された送液チューブとからなり、前記送液チューブはその合成樹脂層埋設部分に少なくとも１個の大気に連通した開口部を有することを特徴とする送液装置である。
【００１３】
この送液装置によれば、埋設送液チューブの開口部から液体を供給することができる。チューブは合成樹脂層内に埋設されているので、安定的に保持される。
【００１４】
前記課題を解決するための手段として請求項２に係る発明は、前記合成樹脂層が支持基板上に担持されていることを特徴とする請求項１記載の送液装置である。
【００１５】
合成樹脂層を支持基板上に担持させることにより送液装置全体の機械的強度を高めることができる。
【００１６】
前記課題を解決するための手段として請求項３に係る発明は、前記合成樹脂層がポリジメチルシロキサン(PDMS)から形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の送液装置である。
【００１７】
合成樹脂層をＰＤＭＳから形成すると、ＰＤＭＳが有する自己吸着性により優れた密閉性が得られ、送液装置として好ましい機能が発揮される。
【００１８】
前記課題を解決するための手段として請求項４に係る発明は、合成樹脂層と、該合成樹脂層内に埋設された送液チューブとからなり、前記送液チューブはその合成樹脂層埋設部分に少なくとも１個の大気に連通した開口部を有する送液装置と、一方の面側に所定の深さと幅のマイクロチャネルが形成され、該マイクロチャネルの一端に大気に連通するアクセスポートを有するポリマーシートとからなり、該ポリマーシートは、そのマイクロチャネルが前記送液チューブの開口部と位置が合致するように、前記合成樹脂層面上に積重されていることを特徴とするマイクロ流体デバイスである。
【００１９】
本発明の送液装置を使用すれば、マイクロチャネルの送液ポートにチューブを接続することなく、マイクロチャネルに液体を供給することができる。これにより、マイクロ流体デバイス使用後であっても、送液装置だけは何度でも使い回すことができ、経済性が飛躍的に向上する。
【００２０】
前記課題を解決するための手段として請求項５に係る発明は、前記合成樹脂層が支持基板上に担持されていることを特徴とする請求項４記載のマイクロ流体デバイスである。
【００２１】
合成樹脂層を支持基板上に担持させることにより送液装置だけでなく、マイクロ流体デバイス全体の機械的強度を高めることができる。
【００２２】
前記課題を解決するための手段として請求項６に係る発明は、前記合成樹脂層及びポリマーシートがポリジメチルシロキサン(PDMS)から形成されていることを特徴とする請求項４又は５記載のマイクロ流体デバイスである。
【００２３】
合成樹脂層及びポリマーシートをＰＤＭＳから形成すると、ＰＤＭＳが有する自己吸着性により優れたマイクロチャネル密閉性が得られ、マイクロ流体デバイスとして好ましい機能が発揮される。
【発明の効果】
【００２４】
送液装置とポリマーシ−トとが別々に形成され、使用時に両部材を積重させることによりマイクロ流体デバイスを形成することができる。この構成により、送液装置の送液チューブ開口部とポリマーシートのマイクロチャネルとの整合位置を任意に変化させることが可能となる。その結果、送液装置の送液チューブ開口部とマイクロチャネルのアクセスポートとの距離を用途に応じて適宜変更することができ、分析作業の柔軟性が確保される。
また、従来のマイクロ流体デバイスと異なり、本発明の送液装置を使用すれば、ポリマーシートのポートに送液チューブを接着剤で接合させる面倒な作業を省略することができる。また、従来のマイクロ流体デバイスでは、ポートに送液チューブを差し込んで接着剤で接合させるため、チューブ内径が変形してしまい、スムーズな送液が困難であったが、本発明の送液装置によれば、チューブの内径は全く変形しないので常にスムーズな送液が可能となる。
更に、従来のマイクロ流体デバイスでは、マイクロチャネルのポートに送液チューブが接着剤で接合されていたため、マイクロ流体デバイス使用後はこの送液チューブもマイクロ流体デバイスと一緒に廃棄しなければならなかった。これに対し、本発明のマイクロ流体デバイスによれば、マイクロチャネルを有するポリマーシートだけを剥離して廃棄すればよく、送液装置自体は何度でも使い回しすることができ、極めて経済的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照しながら本発明の検査治具の好ましい実施態様について説明する。図１は本発明の送液装置の一例の部分概要平面図であり、図２は図１におけるII-II線に沿った断面図である。図１及び図２に示されるように、本発明の送液装置１は、支持基板３の上面に固着された合成樹脂層５と、この合成樹脂層５に埋設された送液チューブ７とからなる。送液チューブ７の被埋設部分の適当な箇所に少なくとも１個の開口部９が大気に連通するように開設されている。合成樹脂層５内に埋設される送液チューブ７は図示されているような１本に限定されない。また、送液チューブ７も合成樹脂層５内であれば任意の位置に埋設することができる。送液チューブ７は図示された横方向に限らず、長手方向に埋設することもできる。送液チューブ７の一端は送液ポンプ（図示されていない）に接続されており、他端は液体供給源（図示されていない）などに接続し、余分な液体を元に戻すこともできるし、あるいは、単に閉塞させておくこともできる。
【００２６】
支持基板３は合成樹脂層５と埋設送液チューブ７を支持するために使用されるが、合成樹脂層５自体に十分な機械的剛性があれば、支持基板３は使用しなくてよい場合もある。支持基板３は例えば、ガラス、セラミック、合成樹脂（例えば、ポリジメチルシロキサン(PDMS)など）、金属など任意の材料を使用できる。支持基板３の厚さは合成樹脂層５と埋設送液チューブ７を支持するために必要十分な機械的強度を発揮できる厚さであればよい。例えば、数百ミクロン〜数ミリ程度である。
【００２７】
送液チューブ７はシリコン、テフロン、ガラス、金属などの任意の素材で形成することができる。送液チューブ７の外径は合成樹脂層５の厚さ、送液量、開口部９の直径などを考慮して適宜決定することができる。一般的に、送液チューブ７の外径は数百ミクロン〜数ミリ程度である。
【００２８】
合成樹脂層５は送液チューブ７を埋設することができる素材からなる。例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などのシリコン樹脂系、エラストマー樹脂系、ナイロン樹脂系、ポリエチレン樹脂系、ポリアクリル樹脂系、など任意の熱可塑性合成樹脂材料を使用できる。基板３がガラス又はＰＤＭＳの場合、合成樹脂層５はＰＤＭＳであることが好ましい。ガラス基板３とＰＤＭＳ合成樹脂層５はそのままでも恒久接着が可能だからである。合成樹脂層５の厚さは使用する送液チューブ７の外径により決定される。
【００２９】
本発明の別の実施態様として、合成樹脂層５が必要十分な機械的強度を有していれば、支持基板３を使用しない送液装置１も可能である。従って、この実施態様では、合成樹脂層５内に送液チューブ７が埋設されただけの送液装置１が得られる。
【００３０】
図３は本発明の送液装置１の製造方法の一例を説明する工程図である。ステップ（Ａ）で、支持基板３を準備する。支持基板３の上面を清浄化処理することが好ましい。清浄化処理は例えば、支持基板３の上面を純水、蒸留水などの水性溶媒及び／又はアルコールなどの有機溶媒で洗浄したり、酸素プラズマ又はエキシマＵＶ光などを照射することにより行うことができる。ステップ（Ｂ）において、清浄化された支持基板３の上面の所定の箇所に送液チューブ７を配置する。必要に応じて、送液チューブ７を支持基板３の上面に予め固定するか又は仮固定することもできる。送液チューブ７の固定又は仮固定は接着剤などを用いて行うことができる。ステップ（Ｃ）において、支持基板３の上面に溶融合成樹脂を注型し、硬化させて送液チューブ７を合成樹脂層５内に埋封する。最後に、ステップ（Ｄ）において、送液チューブ７の合成樹脂層５内に埋設されている箇所の適当な部分の最上部から適当な手段で開口部９を穿設する。開口部９の直径は数百ミクロン〜数ミリ程度である。
別法として、別の適当な作製用基板上で送液チューブ７を埋設した合成樹脂層５を作製し、この合成樹脂層５を作製用基板から剥離し、支持基板３に貼着することによっても、本発明の送液装置１を製造することができる。
【００３１】
図４（Ａ）は本発明の送液装置を有するマイクロ流体デバイス２０の一例の概要平面図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）における４Ｂ−４Ｂ線に沿った断面図である。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示されるように、マイクロチャネル１１を有するポリマーシート１３を、送液装置１の上面に積重させる。この際、ポリマーシート１３のマイクロチャネル１１を送液チューブ７の開口部９と位置合わせさせる。マイクロチャネル１１の一端にはポート１５が形成されている。従って、送液装置１の送液チューブ７の送液ポンプ接続方向から液体が加圧送液されてくると、送液チューブ７の開口部９からポリマーシート１３のマイクロチャネル１１内に流れ込み、ポート１５から液体を取り出すことができる。このようなマイクロチャネル１１及びポート１５を有するポリマーシート１３は公知慣用の方法により製造することができる。合成樹脂層５がＰＤＭＳから形成されている場合、ポリマーシート１３はＰＤＭＳ製であることが好ましい。ＰＤＭＳ同士は容易に自己吸着し高度な密閉性が容易に得られるからである。
【００３２】
図５（Ａ）は本発明の送液装置を有するマイクロ流体デバイス２０Ａの別の例の概要平面図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）における５Ｂ−５Ｂ線に沿った断面図である。図５（Ａ）のマイクロ流体デバイス２０Ａは図４（Ａ）のマイクロ流体デバイス２０と基本的構造自体は同一である。図４（Ａ）のマイクロ流体デバイス２０との相違点は、ポリマーシート１３の位置である。図５（Ａ）のマイクロ流体デバイス２０Ａでは、ポリマーシート１３は左側に寄せて下部の送液装置１の上面に積重されている。その結果、図４（Ａ）のマイクロ流体デバイス２０に比べて、送液装置１の送液チューブ７の開口部９と、ポリマーシート１３のポート１５までのチャネル距離が短くなる。このように、本発明の送液装置１と、マイクロチャネル１１を有するポリマーシート１３とを組み合わせて使用することにより、ポート１５との距離を自由に変更することができ、分析の柔軟性が確保される。
【実施例１】
【００３３】
（１）送液装置の製造
厚さ１ｍｍ、縦７６ｃｍ、横５２ｃｍのサイズのガラス支持基板を準備した。このガラス支持基板の一方の面を純水で洗浄し、次いで、イソプロピルアルコールで洗浄し、風乾した後、エキシマＵＶ光を表面に照射することにより清浄化させた。この清浄面上に外径２ｍｍ、内径１ｍｍのシリコーンチューブ（長さ２０ｃｍ）を載置し、その後、ＰＤＭＳプレポリマー混合液として、米国のダウ・コーニング社製のSYLGARD 184 SILICONE ELASTOMERを厚さ約３ｍｍになるように流し込み、脱気、加温（６５℃、４時間）した。４時間経過後、オーブンから取り出し、ＰＤＭＳ層を形成した。ＰＤＭＳ層の上面からシリコーンチューブに直径１ｍｍの穴を穿設し、開口部を形成した。
（２）ポリマーシートの製造
先ず、４インチウエハ基板を準備した。プロセスの信頼性を得るために、レジストを使用する前にウエハ基板を洗浄・乾燥する必要があり、本実施例では、ピラニア・エッチング／クリーン（Ｈ２ＳＯ４およびＨ２Ｏ２）処理後、蒸留水でリンスした。その後、シリコンの表面酸化膜を除去するため、ＢＨＦ（バッファード弗酸）に１５分間浸し、蒸留水でリンスした。その後、表面の脱水のため、対流式のオーブン中で６０℃、３０分間程度ベークした。この表面処理済ウエハ上にＳＵ−８ネガティブフォトレジストを１０００ｒｐｍの回転速度で約２５秒間塗布し、溶媒を蒸発させ、膜を高密度化するためにソフトベークを６５℃で３０分間（ＳＴＥＰ１）、９５℃で９０分間（ＳＴＥＰ２）処理した。クーリング後、このレジスト膜上に、チャネル幅１００μｍのパターンを有するマスクを被せ、露光装置（ユニオン光学製  ＰＥＭ−８００）で密着露光した。その後、レジスト膜の露光された部分の架橋を行うため６５℃で１５分間（ＳＴＥＰ１）、９５℃で２５分間（ＳＴＥＰ２）加温し、クーリング後、１−メトキシ−２−プロピル酢酸現像液で現像し、現像後、基板は短時間イソプロピルアルコール(IPA)でリンスした。その後、６５℃で３０分間乾燥後、１５０℃で５分間かけてハードベークし、レジスト厚２００μｍのマスターを完成させた。
このマスターの表面をフルオロカーボン（ＣＨＦ３）の存在下で反応性イオンエッチングシステムにより処理し、表面にＣＨＦ３剥離膜を形成した。マスターの剥離膜形成面上に、ＰＤＭＳプレポリマー混合液として、米国のダウ・コーニング社製のSYLGARD 184 SILICONE ELASTOMERを厚さ約２ｍｍになるように流し込み、脱気、加温（６５℃、４時間）した。４時間経過後、オーブンから取り出し、ＰＤＭＳポリマーシートをマスターから剥離した。得られたＰＤＭＳポリマーシートのマイクロチャネルの一端に貫通孔を形成した。
（３）マイクロ流体デバイスの製造
前記（１）で得られた送液装置の上面に前記（２）で得られたポリマーシートを積重し、両者を自己吸着させた。この際、送液装置上面の送液チューブ開口部の位置とポリマーシートのマイクロチャネルの位置が整合するように両部材を自己吸着させた。
（４）送液テスト
前記（３）で得られたマイクロ流体デバイスの送液チューブの一端に送液ポンプを接続し、圧力５ｋＰａで液体を圧送すると、液体は送液チューブの開口部からマイクロチャネル内に流れ込み、マイクロチャネル端部の大気連通ポートから取り出すことができた。
ポリマーシートの自己吸着位置を変えて、送液チューブの開口部とマイクロチャネルのポートとの間の距離を様々に変化させて同様な送液テストを行ったが、何れの事例でもポートから液体を取り出すことができた。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の送液装置はマイクロチャネルなどに液体を送液する必要がある様々なマイクロ流体デバイスで使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の送液装置の一例の部分概要平面図である。
【図２】図１におけるII-II線に沿った断面図である。
【図３】本発明の送液装置の製造方法の一例を説明する工程図である。
【図４】（Ａ）は本発明の送液装置を有するマイクロ流体デバイスの一例の概要平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）における４Ｂ−４Ｂ線に沿った断面図である。
【図５】（Ａ）は本発明の送液装置を有するマイクロ流体デバイスの別の例の概要平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）における５Ｂ−５Ｂ線に沿った断面図である。
【図６】（Ａ）は従来のマイクロ流体チップの一例の概要平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿った概要断面図である。
【図７】図６に示された従来のマイクロ流体チップのポートに送液チューブを接続する態様の一例の部分概要断面図である。
【図８】図６に示された従来のマイクロ流体チップのポートに送液チューブを接続する態様の別の例の部分概要断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  本発明の送液装置
３  支持基板
５  合成樹脂層
７  送液チューブ
９  開口部
１１  マイクロチャネル
１３  マイクロチャネル
１５  アクセスポート
１００  従来のマイクロ流体デバイス
１０１  ポリマーシート
１０２  マイクロチャネル
１０３，１０４  入出力（アクセス）ポート
１０５  支持基板
１０７  送液チューブ
１０９  接着剤
１１１  ソケット
【図１】
2006175387.tif 000003
【図２】
2006175387.tif 000004
【図３】
2006175387.tif 000005
【図４】
2006175387.tif 000006
【図５】
2006175387.tif 000007
【図６】
2006175387.tif 000008
【図７】
2006175387.tif 000009
【図８】
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