(57)【要約】【課題】  細胞あるいは走化性因子などの試料を注入・採取するためのチューブを後加工で取り付けることを必要としない、マイクロチップを提供すること。【解決手段】  本発明にかかるマイクロチップ１の製造方法は、走化性因子もしくは走化性を有する細胞を充填するウエル３１、３２と、ウエル３１と３２を連通する微細通路を有する流路部４と、ウエル３１、３２にそれぞれ細胞あるいは走化性因子などの試料を注入もしくは採取するためのチューブ２１、２２とを備えた熱硬化シリコン製のマイクロチップ１の製造方法であって、少なくともチップ成形用の型１１、１２にチューブ２１、２２を差し込むステップと、チップ成形用のシリコン材料をチップ成形用の型１１、１２に注型するステップと、注型された材料をベークし、硬化させるステップと、硬化した成形品を離型するステップとを有するものである。【選択図】  図２
2006006287.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロチップに試料を注入もしくは採取するためのチューブを、前期マイクロチップ成形用の型に差し込むステップと、
前記マイクロチップ成形用の材料を前記マイクロチップ成形用の型に注型するステップと、
注型された前記材料をベークし、硬化させるステップと、
硬化させた成形品を離型するステップと、
を有する、マイクロチップの製造方法。
【請求項２】
前記マイクロチップ成形用の型には、前記チューブの内径よりも大きな直径を有する突起が設けられており、前記マイクロチップ成形用の型に前記チューブを差し込むステップにおいて、前記チューブを前記突起にはめ込むことを特徴とする請求項１記載のマイクロチップの製造方法。
【請求項３】
前記突起の直径は前記チューブの内径の１．１倍〜１．２倍であり、前記チューブを前記突起にはめ込む際は１．１倍〜１．２倍に拡管されてはめ込まれることを特徴とする請求項２に記載のマイクロチップの製造方法。
【請求項４】
前期マイクロチップ成形用の型に設けられた突起は、当該型に打ち込まれたピンであることを特徴とする請求項２又は３記載のマイクロチップの製造方法。
【請求項５】
少なくとも第１、第２の二つ以上の領域と、前記領域間を連通する微細通路を有する流路部と、少なくとも前記領域のうち一つに試料を注入もしくは採取するためのチューブとを備えた熱硬化シリコン製のマイクロチップの製造方法であって、
少なくとも前記マイクロチップ成形用の型に前記チューブを差し込むステップと、
前記マイクロチップ成形用のシリコン材料を前記マイクロチップ成形用の型に注型するステップと、
注型された前記材料をベークし、硬化させるステップと、
硬化した成形品を離型するステップと、
を有するマイクロチップの製造方法。
【請求項６】
前記マイクロチップ成形用の型には、前記チューブの内径よりも大きな直径を有する突起が設けられており、前記マイクロチップ成形用の型に前記チューブを差し込むステップにおいて、前記チューブを前記突起にはめ込むことを特徴とする請求項５記載のマイクロチップの製造方法。
【請求項７】
前記突起の直径は前記チューブの内径の１．１倍〜１．２倍であり、前記チューブを前記突起にはめ込む際は１．１倍〜１．２倍に拡管されてはめ込まれることを特徴とする請求項６に記載のマイクロチップの製造方法。
【請求項８】
前期マイクロチップ成形用の型に設けられた突起は、当該型に打ち込まれたピンであることを特徴とする請求項６又は７記載のマイクロチップの製造方法。
【請求項９】
少なくとも第１、第２の二つ以上の領域と、前記領域間を連通する微細通路を有する流路部と、少なくとも前記領域のうち一つに試料を注入もしくは採取するためのチューブとを備えた熱硬化樹脂製のマイクロチップであって、
前記チューブは前記マイクロチップを成形する際に前記マイクロチップ成形用の型に差し込まれ、前記マイクロチップと一体に成形されたマイクロチップ。
【請求項１０】
少なくとも第１、第２の二つ以上の領域と、前記領域間を連通する微細通路を有する流路部と、少なくとも前記領域のうち一つに試料を注入もしくは採取するためのチューブとを備えた熱硬化樹脂製のマイクロチップ成形用の型であって、
前記チューブを前記成形型内部へ差し込む穴部を有し、前記マイクロチップ成形時には前記穴部に前記チューブを差し込むことによって、前記チューブと前記マイクロチップの一体成形を可能とする、マイクロチップ成形用の型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロチップの製造方法及び当該製造方法によって製造されたマイクロチップに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より液体検体、例えば薬品や生体物質に対してミキシングや分析を行う技術が種々提案され、また実用化されている。例えば血液粘度計測や細胞状態観察の評価であり、細胞の走化性観察である。走化性とは、走化性因子と呼ばれる化学物質の濃度勾配に応じて細胞が移動する性質のことである。この細胞の走化性を利用して治療薬の開発に応用しようとする動きがある。特に、この走化性を利用することによって、各種の炎症やアレルギー、ガンに対する治療薬の開発に新しいアプローチが見出せるのではないかと考えられており、走化性研究の重要性は増している。このような液体検体に対するミキシングや分析を行う技術として、流通型のマイクロチップが注目されている（例えば特許文献１、非特許文献１を参照）。
【０００３】
ここではマイクロチップの例として、走化性を観察するためのチップについて説明する。走化性を観察するためのマイクロチップは、少なくとも走化性因子を充填するウエルと、走化性を有する細胞等を充填するウエルを有する。そして、これらのウエル間は流路によって連通されており、当該流路内には障壁によって隔てられた微細な通路を多数設けている。この隔てられた微細な通路を細胞が移動する。
【０００４】
図５は、従来のマイクロチップ１を含むユニット１００の全体構成を説明するための断面図である。図において、マイクロチップ１には、細胞又は走化性因子を充填する領域であるウエル３１、ウエル３２が設けられている。それらウエル３１、３２には、チューブ２１、チューブ２２がそれぞれ接続されている。チューブ２１、チューブ２２は特に限定されないが、例えばシリコン材料から成る。
【０００５】
チューブ２１、チューブ２２は、試料を注入・採取するために設けられた、微小な貫通孔を有する筒状体である。またウエル３１とウエル３２の間には、それらの間を連通する流路部４が設けられている。流路部４には、障壁によって隔てられた微細な通路が形成されている。かかる通路の大きさは細胞の通常の大きさより多少小さく作られており、走化性因子の濃度勾配ができると細胞は通路を通って濃度の高い方へ移動するため、走化性の観察ができる。
【０００６】
このマイクロチップ１は、透明性を有する基板１０と密着させて用いられる。かかる基板１０側から流路部４の微細通路を通過する細胞を観察する。従来のマイクロチップ１は、主にシリコンウエハ（単結晶シリコン）を異方性ドライエッチング等のマイクロマシニング技術を用いて加工する方法や、シリコンゴムの一種であるＰＤＭＳ（Polydimethylsiloxane：ポリジメチルシロキサン）を成形する方法によって製作されている。また、チューブ２１、チューブ２２はマイクロチップ１を成形した後に後加工でマイクロチップ１に取り付けていた。
【０００７】
図６にＰＤＭＳによりマイクロチップ１を製造する場合の様子を示す。この場合には、少なくとも第１の型１１と第２の型１２によって囲まれた領域Ｐ部分に攪拌脱泡、真空脱泡されたＰＤＭＳを注型し、ベークして硬化させる。その後離型し、場合によってはランナーからチップを切り離し、目的の形状になっているかどうか検査される。
【０００８】
次に、図７にＰＤＭＳによって成形されたマイクロチップ１に、チューブ２１、２２を取り付ける場合の様子を示す。ここでは図５に示すマイクロチップ１の左半分だけを示すが、右半分についても線対称に行われているものとする。まず、図７（a）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、穴あけ器２００を用いてマイクロチップ１に穴２１'を開ける。次に図７（ｄ）に示すようにチューブ２１を穴２１'に差込む。最後に図７（e）に示す通り、チューブ２１を接着剤２０１で接着してチューブ２１が固定される。
【特許文献１】特開２００２−１５９２８７号公報
【非特許文献１】日経バイオビジネス２００１年１１月号、ｐ．４８−５０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
マイクロチップ１はＰＤＭＳで成形されているため弾性があり、図７（ｂ）のＱ部分に示す通り穴あけ時に表面が歪んでしまう。すると穴２１'は図７（ｃ）のＲ部分に示す通り、凹面になってしまう。この状態で図７（ｄ）に示す通り穴２１'にチューブ２１を差し込んで固定すると、チューブとの接続面が平らではないのでシール性に疑問が残る。また、図７（e）に示される接着剤２０１による接着について、接着剤２０１がウエル３１やチューブ２１内に流れ出してしまうと細胞の通り道を塞ぐことも起こり、走化性の観察に使用できないものになってしまうことも考えられる。
【００１０】
上記のチューブ２１をマイクロチップ１へ取り付ける作業は手作業によるものである。穴２１'を開ける位置のコントロール、チューブ２１の差込、接着剤２０１の塗布等、非常に精密な作業であるために作業者の熟練が必要になってくる他、生産のスピードにも限界がある。
【００１１】
本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、細胞あるいは走化性因子などの試料を注入・採取するためのチューブを後加工で取り付けることを必要としない、マイクロチップを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明にかかるマイクロチップの製造方法は、マイクロチップに試料を注入もしくは採取するためのチューブを、前期マイクロチップ成形用の型に差し込むステップと、前記マイクロチップ成形用の材料を前記マイクロチップ成形用の型に注型するステップと、注型された前記材料をベークし、硬化させるステップと、硬化させた成形品を離型するステップとを有するものである。このような構成により、前記チューブを後加工で取り付けることを必要としない、マイクロチップを提供することができる。
【００１３】
また、本発明にかかるマイクロチップの製造方法は、少なくとも第１、第２の二つ以上の領域と、前記領域間を連通する微細通路を有する流路部と、少なくとも前記領域のうち一つに試料を注入もしくは採取するためのチューブとを備えた熱硬化シリコン製のマイクロチップの製造方法であって、少なくとも前記マイクロチップ成形用の型に前記チューブを差し込むステップと、前記マイクロチップ成形用のシリコン材料を前記マイクロチップ成形用の型に注型するステップと、注型された前記材料をベークし、硬化させるステップと、硬化した成形品を離型するステップとを有するものである。このような構成により、前記チューブを後加工で取り付けることを必要としない、マイクロチップを提供することができる。
【００１４】
ここで、前記マイクロチップ成形用の型には、前記チューブの内径よりも大きな直径を有する突起が設けられており、前記マイクロチップ成形用の型に前記チューブを差し込むステップにおいて、前記チューブを前記突起にはめ込むようにしてもよい。これにより、チューブ内にシリコン材料が流れ出すのを防止することができ、バリの発生を抑えることができる。
【００１５】
詳細には、前記突起の直径は前記チューブの内径の１．１倍〜１．２倍であり、前記チューブを前記突起にはめ込む際は１．１倍〜１．２倍に拡管されてはめ込まれることが好ましい。
【００１６】
また、前期マイクロチップ成形用の型に設けられた突起は、当該型に打ち込まれたピンであってもよい。
【００１７】
他方、本発明にかかるマイクロチップは少なくとも第１、第２の二つ以上の領域と、前記領域間を連通する微細通路を有する流路部と、少なくとも前記領域のうち一つに試料を注入もしくは採取するためのチューブとを備えた熱硬化樹脂製のマイクロチップであって、前記チューブは前記マイクロチップを成形する際に前記マイクロチップ成形用の型に差し込まれ、前記マイクロチップと一体に成形されたものである。このような構成により、前記チューブを後加工で取り付けることを必要としない、マイクロチップを提供することができる。
【００１８】
また、本発明にかかるマイクロチップ成形用の型は、少なくとも第１、第２の二つ以上の領域と、前記領域間を連通する微細通路を有する流路部と、少なくとも前記領域のうち一つに試料を注入もしくは採取するためのチューブとを備えた熱硬化樹脂製のマイクロチップ成形用の型であって、前記チューブを前記成形型内部へ差し込む穴と、前記成形型内部において前記チューブをはめ込む突起と、
【００１９】
を有することを特徴とするものである。このような構成により、前記チューブを後加工で取り付けることを必要としない、マイクロチップを提供することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明により、試料を注入・採取するためのチューブを後加工で取り付けることを必要としないマイクロチップを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明を適用可能な実施の形態が説明される。以下の説明は、本発明の実施形態を説明するものであり、本発明が以下の実施形態に限定されるものではない。また、説明の明確化のため、以下の記載は、適宜、省略及び簡略化がなされている。又、当業者であれば、以下の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。また、以下の各実施形態では、具体化のために細胞の走化性観察用にチップを使用する場合について説明するが、液体検体としてはこれに限定されず、例えば、たんぱく質、核酸、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ペプチド、ホルモン、抗原、抗体、リガンド、レセプタ、酵素、基質、低分子有機化合物、細胞、イオン等の測定対象物を含む液体であり、サスペンション、コロイド等の分散系も含む。すなわち本発明にかかるマイクロチップは上記のような液体検体のミキシング及び分析についても使用可能なものである。
【００２２】
実施の形態１
図１は、少なくともチューブ２１、チューブ２２と一体になったマイクロチップ１および透明性を有する基板１０を有するユニット１００の断面図である。マイクロチップ１には、ウエル３１、ウエル３２が設けられている。簡略化のため、ウエルはウエル３１、ウエル３２の二つで説明するが、複数設けられていてもよい。また、チューブはすべてのウエルに備えられていなくともよく、少なくとも一つのウエルが有していればよいものとする。
【００２３】
ウエル３１、３２は当該マイクロチップ１と透明性を有する基板１０とが密着された状態においてそれぞれ空間を形成し、当該空間に細胞又は走化性因子が充填される。この例にかかるウエル３１、３２は、マイクロチップ１の一方の面から約１００μｍ窪んで形成されている。尚、ウエル３１、３２の容積に特別な制限は無く、細胞、走化性因子等の試料を充填する際の必要最小限の容積を持てばよい。例えば深さは１００μｍ程度、幅・奥行きはそれぞれ１〜２．５ｍｍ程度で良い。
【００２４】
ウエル３１、３２にはチューブ２１、２２が接続されており、チューブ２１、２２は細胞あるいは走化性因子等の試料を注入・採取するために微小な貫通孔が設けられた筒状体である。このチューブ２１、２２の口径は特に限定されるものではなく、例えば直径０．５ｍｍのマイクロシリンジを用いて試料の注入が可能であれば良い。このため本実施例でのチューブ２１、２２の内径は１ｍｍ程度、外径は２ｍｍ程度である。また、チューブ２１、２２は円筒状である必要はなく、角筒状であってもよい。
【００２５】
ウエル３１とウエル３２との間には両者を連通する流路部４が設けられている。流路部４には障壁によって隔てられた微細な通路が形成されており、走化性因子の濃度勾配ができると細胞は通路を通って濃度の高い方へ移動するため、走化性の観察ができる。
【００２６】
流路部４の通路を移動する細胞の像を、透明性を有する基板１０を介して外側の観察面から検出することにより、走化性の観察が可能となる。具体的には、観察面に設置した図示しない顕微鏡や図示しないビデオカメラ等の図示しない検出器によって移動する細胞を検出することになるが、この際には細胞の像が十分に確認できる程度の明るさが必要となる。このため、観察面側に図示しない光源を設置して照明光を流路部４付近に照射している。
【００２７】
本実施の形態ではマイクロチップ１を成形する際にチューブ２１、２２を型にあらかじめ差し込んで成形する。するとマイクロチップ１成形完了時にはマイクロチップ１とチューブ２１、２２が一体となっており、成形後に穴あけや接着等の後加工する手間を省き、量産性の向上を図ることができる。
【００２８】
図２は本実施の形態にかかるマイクロチップ１とシリコン製チューブ２１、２２の一体成形の様子を表す断面図である。図２において、１１、１２はマイクロチップ１を成形するための型であり、ここでは上型１１と下型１２の二つに別れているが、これに限定されず、３つ以上に分割されていてもよい。上型１１、下型１２内部のキャビティであるＰ部分にはマイクロチップ１の材料であるシリコン材料が充填される。ここで使用されるシリコン材料は例えばＰＤＭＳ（Polydimethylsiloxane：シリコーン系二混合熱硬化樹脂）である。
【００２９】
チューブ２１、２２の材料はとくに限定されないがシリコンであることが好ましい。なぜならチューブ２１、２２は上型１１、下型１２に注型されたＰＤＭＳをベークする間も、成形型に差し込まれていなければならないので、熱変形しない材料であることが好ましいからである。また、チューブ２１、２２がシリコン製であればＰＤＭＳで成形されるマイクロチップ１と相性良く密着する。
【００３０】
シリコン製のチューブ２１、２２はその弾性によりねじれを生じる場合がある。成形時にチューブ２１、２２のねじれによる不具合を解消するためにチューブ２１、２２内部に矯正ピン２１１、２２１を差し込む。チューブ２１、２２は矯正ピン２１１、２２１によって伸ばされ、Ｓ部分に押し当てられる。こうすることにより、チューブ内にシリコン材料が流れ込むのを防止する。
【００３１】
図３はマイクロチップ１を製造する工程を表したフローチャートである。まず、成形に必要なＰＤＭＳを計量する（Ｓ１０１）。次にＰＤＭＳを攪拌することによって脱泡する（Ｓ１０２）。更にＰＤＭＳを真空引きすることによって完全に脱泡する（Ｓ１０３）。また、ＰＤＭＳを成形するための上型１１、下型１２を組み立て、組み立てた型にシリコン製チューブ２１、２２を差し込む（Ｓ１０４）。差し込まれたチューブ２１、２２には矯正ピン２１１、２２１が差し込まれている。こうして材料と型の準備が整ったところで、ＰＤＭＳを上型１１、下型１２の組み合わされた型へ注型する（Ｓ１０５）。型内がＰＤＭＳで満たされたら、ベークして硬化させる（Ｓ１０６）。硬化して成形品として取り出せる状態になったら離型する（Ｓ１０７）。
【００３２】
ここで、Ｓ１０１〜１０３の後にＳ１０４を配置したが、Ｓ１０４をＳ１０１〜Ｓ１０３よりも先におこなってもよく、また同時におこなってもよい。上記のような手順で、チューブ２１、２２を型内部へ差し込んでマイクロチップ１を成形することにより、チップ成形後の後加工を必要としない、量産性に優れたマイクロチップを提供することができる。
【００３３】
実施の形態２
【００３４】
次に、図４を用いて本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態の基本的な内容は実施の形態１と同様であり、説明を省略する。また、同じ番号を付したものについては実施の形態１と同様である。図４は本実施の形態にかかるマイクロチップ１とシリコン製チューブ２１、２２の一体成形の様子を表す断面図である。図４（ａ）において、上型１１、下型１２内へチューブ２１、２２を差し込む際にＳ部分にチューブを押し当てる際、型１２に打ち込まれた打ち込みピン２１０、２２０にチューブ２１、２２を差し込むようにする。打ち込みピン２１０、２２０の直径は特に限定されないが、例えばチューブ２１、２２の内径の１．１〜１．２倍である。それに伴い、チューブ２１、２２を打ち込みピン２１０、２２０に差し込むとチューブ２１、２２は１．１〜１．２倍に拡管される。
【００３５】
図４（ｂ）はＳ部分を拡大した断面図である。図４（ｂ）にはチューブ２１側のＳ部分のみ拡大して表すが、チューブ２２側についても同様である。図４（ｂ）には弾性体であるチューブ２１がその内径の１．１〜１．２倍の外直径を持った円筒状の打ち込みピン２１０に、その弾性体としての性質により拡管されてはめ込まれている様子を表している。Ｔ部分について、打ち込みピン２１０の側面とチューブ２１の内面はチューブ２１が弾性的に拡管されるほどに押し付けられているので、十分なシール性を有している。このため、ＰＤＭＳがチューブ２１内部に下方から流れ込むことをより効果的に防ぐことができる。また、ただ押し付けるよりも打ち込みピン２１０にチューブ２１をはめ込むことによって確実に固定されるので、チューブ２１の位置ズレや傾きによる成形不良を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明にかかるマイクロチップの断面図である。
【図２】本発明の実施形態１にかかるマイクロチップの成形方法を表す断面図である。
【図３】本発明にかかるマイクロチップの製造工程を表すフローチャートであ。
【図４】本発明の実施形態２にかかるマイクロチップの成形方法を表す断面図である。
【図５】従来技術にかかるマイクロチップの断面図である。
【図６】従来技術にかかるマイクロチップの成形方法を表す断面図である。
【図７】従来技術にかかるマイクロチップとチューブの接続方法を表す断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  マイクロチップ、１００  ユニット、
２１、２２、  チューブ、２１'  穴、
２００  穴あけ器、２０１  接着剤、２１１、２２１  矯正ピン、
２１０、２２０  打ち込みピン
３１、３２  ウエル、４  流路部、
１０  基板、１１  上型、１２  下型、
Ｐ  キャビティ、Ｑ  歪み部、Ｒ  穴あけ歪み部、Ｓ  押し当て面、
Ｔ  拡管部
【図１】
2006006287.tif 000003
【図２】
2006006287.tif 000004
【図３】
2006006287.tif 000005
【図４】
2006006287.tif 000006
【図５】
2006006287.tif 000007
【図６】
2006006287.tif 000008
【図７】
2006006287.tif 000009