(57)【要約】【課題】マイクロチャネル内の試薬の活性を低下させることなく張り合わせることを可能としたマイクロケミカルデバイスの接合方法を提供する。【解決手段】基材１もしくは基材２のどちらか一方のマイクロチャンネルパターン４内に少なくとも１種類以上の試薬５を担持させてあり、カチオン重合系樹脂を主成分とするエネルギー線遅延硬化型接着剤３を、試薬５を担持していない方の基材のキャピラリー部を除く部分に塗布し、エネルギー線遅延硬化型接着剤３にエネルギー線を照射し、エネルギー線遅延硬化型接着剤３を塗布していない基材１もしくは基材２と、エネルギー線遅延硬化型接着剤３を塗布した基材１もしくは基材２とをエネルギー線遅延硬化型接着剤３の硬化開始時間に対応して重ね合わせて接合し接合後基材１と基材２を加圧して接着層内の気泡を除去する。【選択図】図１
2006133003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材Ａ、基材Ｂのどちらか一方もしくは両方にマイクロチャネルパターンが形成されており、前記基材Ａと前記基材Ｂを張り合わせることで、前記基材Ａと前記基材Ｂの間にキャピラリー状の空間が形成されるマイクロケミカルデバイスの製造方法であって、
前記基材Ａ、前記基材Ｂのどちらか一方にカチオン重合系樹脂を主成分とするエネルギー線遅延硬化型接着剤を前記キャピラリー部を除く部分に塗布し、前記エネルギー線遅延硬化型接着剤にエネルギー線を照射する第１工程と、
前記エネルギー線遅延硬化型接着剤を塗布していない前記基材Ａもしくは前記基材Ｂと、前記エネルギー線遅延硬化型接着剤を塗布した前記基材Ａもしくは前記基材Ｂとを前記エネルギー線遅延硬化型接着剤の硬化開始時間に対応して重ね合わせて接合する第２工程と、接合後前記基材Ａと前記基材Ｂを加圧して前記接着層内の気泡を除去する第３工程と、
を有することを特徴とするマイクロケミカルデバイスの製造方法。
【請求項２】
基材Ａ、基材Ｂのどちらか一方もしくは両方にマイクロチャネルパターンが形成されており、前記基材Ａと前記基材Ｂを張り合わせることで、前記基材Ａと前記基材Ｂの間にキャピラリー状の空間が形成されるマイクロケミカルデバイスの製造方法であって、
前記基材Ａもしくは前記基材Ｂのどちらか一方のマイクロチャンネルパターン内に少なくとも１種類以上の試薬を担持させてあり、
カチオン重合系樹脂を主成分とするエネルギー線遅延硬化型接着剤を、前記試薬を担持していない方の基材の前記キャピラリー部を除く部分に塗布し、前記エネルギー線遅延硬化型接着剤にエネルギー線を照射する第１工程と、
前記エネルギー線遅延硬化型接着剤を塗布していない前記基材Ａもしくは前記基材Ｂと、前記エネルギー線遅延硬化型接着剤を塗布した前記基材Ａもしくは前記基材Ｂとを前記エネルギー線遅延硬化型接着剤の硬化開始時間に対応して重ね合わせて接合する第２工程と、接合後前記基材Ａと前記基材Ｂを加圧して前記接着層内の気泡を除去する第３工程と、
を有することを特徴とするマイクロケミカルデバイスの製造方法。
【請求項３】
基材Ａ、基材Ｂのどちらか一方もしくは両方にマイクロチャネルパターンが形成されており、前記基材Ａと前記基材Ｂを張り合わせることで、前記基材Ａと前記基材Ｂの間にキャピラリー状の空間が形成されるマイクロケミカルデバイスの製造方法であって、
前記基材Ａ、前記基材Ｂのどちらか一方にカチオン重合系樹脂を主成分とするエネルギー線遅延硬化型接着剤を前記キャピラリー部を除く部分に塗布し、前記エネルギー線遅延硬化型接着剤にエネルギー線を照射する第１工程と、
前記エネルギー線遅延硬化型接着剤を塗布していない前記基材Ａもしくは前記基材Ｂと、前記エネルギー線遅延硬化型接着剤を塗布した前記基材Ａもしくは前記基材Ｂとの間のマイクロチャネルパターン内に、少なくとも１種類以上の固形状の試薬を挿入した後前記エネルギー線遅延硬化型接着剤の硬化開始時間に対応して重ね合わせて接合する第２工程と、接合後前記基材Ａと前記基材Ｂを加圧して前記接着層内の気泡を除去する第３工程と、
を有することを特徴とするマイクロケミカルデバイスの製造方法。
【請求項４】
前記基材Ａもしくは前記基材Ｂは、複数のマイクロチャネルパターンが形成された複数の基材を重ね合わせて接合して基材間に複数のキャピラリー状の空間を形成していることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかの一に記載のマイクロケミカルデバイスの製造方法。
【請求項５】
前記基材Ａ、前記基材Ｂの少なくともどちらか一方に形成される前記キャピラリー部が、親水性を持った材料の基材もしくは親水性処理を施した基材であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかの一に記載のマイクロケミカルデバイスの製造方法。
【請求項６】
前記エネルギー線遅延硬化型接着剤は、親水性を有することを特徴とする請求項５に記載のマイクロケミカルデバイスの製造方法。
【請求項７】
前記基材に形成されるマイクロチャネルパターンは、前記試薬を入れる試薬槽と、検査すべき液体試料と前記試薬の反応状態を透過光を照射して光学的に分析するための測定槽と、
を有し、該透過光の前記測定槽への照射領域の基材部には、前記エネルギー線遅延硬化型接着剤が塗布されないことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のマイクロケミカルデバイスの製造方法。
【請求項８】
基材Ａ、基材Ｂのどちらか一方もしくは両方にマイクロチャネルパターンが形成されており、前記基材Ａと前記基材Ｂを張り合わせることで、前記基材Ａと前記基材Ｂの間にキャピラリー状の空間が形成されるマイクロケミカルデバイスにおいて、
前記基材Ａ、前記基材Ｂのどちらか一方もしくは両方が、親水性を持った材料の基材もしくは親水性処理を施すとともに、
前記基材Ａ、前記基材Ｂのどちらか一方にカチオン重合系樹脂を主成分とするエネルギー線遅延硬化型接着剤を前記キャピラリー部を除く部分に塗布し、前記エネルギー線遅延硬化型接着剤にエネルギー線を照射し、
前記エネルギー線遅延硬化型接着剤を塗布していない前記基材Ａもしくは前記基材Ｂと、前記エネルギー線遅延硬化型接着剤を塗布した前記基材Ａもしくは前記基材Ｂとを前記エネルギー線遅延硬化型接着剤の硬化開始時間に対応して重ね合わせて接合することを特徴とするマイクロケミカルデバイス。
【請求項９】
前記エネルギー線遅延硬化型接着剤は、親水性を有することを特徴とする請求項８に記載のマイクロケミカルデバイス。
【請求項１０】
前記基材Ａもしくは前記基材Ｂは、複数のマイクロチャネルパターンが形成された複数の基材を重ね合わせて接合して基材間に複数のキャピラリー状の空間を形成していることを特徴とする請求項８に記載のマイクロケミカルデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小なケミカルデバイス、即ち、部材中に微小な流路、反応槽、電気泳動カラム、膜分離機構などの構造が形成された、化学、生化学、物理化学用などの微小反応デバイス（マイクロリアクター）や、集積型ＤＮＡ分析デバイス、微小電気泳動デバイス、微小クロマトグラフィーデバイスなどの微小分析デバイスの製造方法に関し、更に詳しくは、表面に溝を有する部材と他の部材を密着固定又は接着一体化することにより形成された、マイクロチャネル（キャピラリー状の流路）を有する微小反応デバイスや微小分析デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近はマイクロリアクターやマイクロアナリシスシステムと呼ばれる微細加工技術を利用した化学反応や分離システムの微小化の研究が盛んになっており、マイクロチャネルを持つマイクロケミカルデバイス上で行う核酸、タンパク質などの分析や合成、微量化学物質の迅速分析、医薬品・薬物のハイスループットスクリーニングへの応用が期待されている。このようなシステムのマイクロ化の利点としては、サンプルや試薬の使用量あるいは廃液の排出量が軽減され、省スペースで持ち運び可能な安価なシステムの実現が考えられている。また体積に対する表面積の比率が向上することにより、熱移動・物質移動の高速化が実現でき、その結果、反応や分離の精密な制御、高速・高効率化、副反応の抑制が期待される。
【０００３】
マイクロチャネルは少なくとも一方の部材に微細加工を有するマイクロケミカルデバイス基板の部材２つを張り合わせることにより製造されている。これまではマイクロケミカルデバイス基板の材料として、主にガラス基板が用いられてきた。ガラス基板でマイクロチャネルをつくるためには、例えば、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。その後、陽極接合などでガラス基板を接合する。しかし、ガラスのエッチングにはフッ酸などの非常に危険な薬品を用いたり、一枚ごとにパターンを焼いたりするため、大量に生産を行うには非常に高コストである。
【０００４】
これらのマイクロケミカルデバイスは、種々のプラスチックを使用しても射出成形によって製造することが可能である。射出成形では型キャビティ内へ溶融した熱可塑性プラスチック材料を導入し、キャビティを冷却させて樹脂を硬化させることで、効率よく経済的にマイクロケミカルデバイスを製造でき、大量生産に適している。
【０００５】
基板を張り合わせる方法として、接着剤を用いるか超音波やレーザーを用いた熱溶着が主に行われている。しかし、接着剤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。また、超音波やレーザーを用いた熱溶着では、熱や振動によって樹脂の溶解が過度になりマイクロチャネルの断面が変形したり、マイクロケミカルデバイスに内包する装置やデバイスにダメージを与えたりしやすく、正常に機能、動作を示さない可能性がある。
【０００６】
接着剤によるマイクロチャネルの封鎖、内壁の汚染や、内包する装置類にダメージを与えることなく接合する方法として、エネルギー線硬化性化合物を用いた張り合わせ方法（特許文献１）やマイクロチャネルの内壁をマスキングして張り合わせる方法（特許文献２）が検討されている。
【０００７】
図１０は特許文献１に示されているエネルギー線硬化性化合物による張り合わせ方法によって作製されたマイクロケミカルデバイスの俯瞰図である。図において、部材（Ａ）５１の凹部５２が形成された面と部材（Ｂ）５３とをエネルギー線硬化性化合物を含有する組成物（Ｃ）５４を介して接触させ、部材（Ａ）５１に形成された凹部５２を除く部分にエネルギー線を照射して組成物（Ｃ）５４を硬化させた後、部材（Ａ）５１の凹部５２と部材（Ｂ）５３との間に形成された空間中に存在する未硬化の組成物（Ｃ）５４を除去することでマイクロチャネルの封鎖がないマイクロケミカルデバイスを作製することが可能となる。
【０００８】
図１１は特許文献２に示されているマイクロケミカルデバイスの接合方法の一工程を示す模式図である。図において、２つのマイクロケミカルデバイス基板６１および６２を最終的に接合した形態で密着し、マスキング剤を含む溶液６４をマイクロチャネル６３に注入してマイクロチャネル内壁の少なくとも一部をマスクし、マイクロケミカルデバイス基板６１および６２を２つに離し、前記２つの、またはいずれかのマイクロケミカルデバイス基板６１および６２の接合する部位にマイクロカプセルに内包されたあるいはミセル（ミクロレベルの流動分子の集合状態）の接着剤６５を付与して、マイクロケミカルデバイス基板６１および６２を接合した後に、マイクロチャネル内壁のマスキング剤６４を除去することで、マイクロチャネルの封鎖や内壁の汚染がなく、内包する装置類にダメージを与えずに接合することが可能となる。
【特許文献１】特開２０００−２４６０９２号公報
【特許文献２】特開２００４−２０５２２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前記従来の方法では、複雑なマイクロチャネルや、マイクロチャネルの両端が外部と通じていない場合にはエネルギー線硬化性化合物の未硬化部分やマスキング剤を容易に除去することができないため、マイクロチャネルの内壁を汚染する可能性がある。また、液体試料を分析するためのマイクロケミカルデバイスでは、マイクロチャネル内に分析用の試薬を担持させる場合があり、エネルギー線硬化性化合物の未硬化部分やマスキング剤を除去する際に試薬も一緒に除去してしまうため、従来の方法では試薬をマイクロチャネル内に入れることが不可能であった。さらには、試薬はエネルギー線や温度の影響により活性が低下してしまう恐れがあるため、従来の方法のように試薬に対向してエネルギー線を照射する方法は望ましくなく、熱硬化型の接着剤やホットメルトを用いた方法も基板に高温をかける必要があるため望ましくないという課題を有していた。
【００１０】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、複雑なマイクロチャネルを形成するマイクロケミカルデバイスおよびマイクロチャネル内に試薬を担持させたマイクロケミカルデバイスの製造方法とこの方法によって製造しうるマイクロケミカルデバイス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】
【００１１】
前記従来の課題を解決するために、本発明のマイクロケミカルデバイスの製造方法は、基材Ａ、基材Ｂのどちらか一方もしくは両方にマイクロチャネルパターンが形成されており、前記基材Ａと前記基材Ｂを張り合わせることで、前記基材Ａと前記基材Ｂの間にキャピラリー状の空間が形成されるマイクロケミカルデバイスの製造方法であって、前記基材Ａ、前記基材Ｂのどちらか一方にカチオン重合系樹脂を主成分とするエネルギー線遅延硬化型接着剤を前記キャピラリー部を除く部分に塗布し、前記エネルギー線遅延硬化型接着剤にエネルギー線を照射する第１工程と、前記エネルギー線遅延硬化型接着剤を塗布していない前記基材Ａもしくは前記基材Ｂと、前記エネルギー線遅延硬化型接着剤を塗布した前記基材Ａもしくは前記基材Ｂとを前記エネルギー線遅延硬化型接着剤の硬化開始時間に対応して重ね合わせて接合する第２工程と、接合後前記基材Ａと前記基材Ｂを加圧して前記接着層内の気泡を除去する第３工程と、を有することを特徴としたものである。
【００１２】
また、本発明のマイクロケミカルデバイスの製造方法は、基材Ａ、基材Ｂのどちらか一方もしくは両方にマイクロチャネルパターンが形成されており、前記基材Ａと前記基材Ｂを張り合わせることで、前記基材Ａと前記基材Ｂの間にキャピラリー状の空間が形成されるマイクロケミカルデバイスの製造方法であって、前記基材Ａもしくは前記基材Ｂのどちらか一方のマイクロチャンネルパターン内に少なくとも１種類以上の試薬を担持させてあり、カチオン重合系樹脂を主成分とするエネルギー線遅延硬化型接着剤を、前記試薬を担持していない方の基材の前記キャピラリー部を除く部分に塗布し、前記エネルギー線遅延硬化型接着剤にエネルギー線を照射する第１工程と、前記エネルギー線遅延硬化型接着剤を塗布していない前記基材Ａもしくは前記基材Ｂと、前記エネルギー線遅延硬化型接着剤を塗布した前記基材Ａもしくは前記基材Ｂとを前記エネルギー線遅延硬化型接着剤の硬化開始時間に対応して重ね合わせて接合する第２工程と、接合後前記基材Ａと前記基材Ｂを加圧して前記接着層内の気泡を除去する第３工程と、を有することを特徴としたものである。
【００１３】
また、本発明のマイクロケミカルデバイスの製造方法は、基材Ａ、基材Ｂのどちらか一方もしくは両方にマイクロチャネルパターンが形成されており、前記基材Ａと前記基材Ｂを張り合わせることで、前記基材Ａと前記基材Ｂの間にキャピラリー状の空間が形成されるマイクロケミカルデバイスの製造方法であって、前記基材Ａ、前記基材Ｂのどちらか一方にカチオン重合系樹脂を主成分とするエネルギー線遅延硬化型接着剤を前記キャピラリー部を除く部分に塗布し、前記エネルギー線遅延硬化型接着剤にエネルギー線を照射する第１工程と、前記エネルギー線遅延硬化型接着剤を塗布していない前記基材Ａもしくは前記基材Ｂと、前記エネルギー線遅延硬化型接着剤を塗布した前記基材Ａもしくは前記基材Ｂとの間のマイクロチャネルパターン内に、少なくとも１種類以上の固形状の試薬を挿入した後前記エネルギー線遅延硬化型接着剤の硬化開始時間に対応して重ね合わせて接合する第２工程と、接合後前記基材Ａと前記基材Ｂを加圧して前記接着層内の気泡を除去する第３工程と、を有することを特徴としたものである。
【００１４】
また、本発明のマイクロケミカルデバイスは、基材Ａ、基材Ｂのどちらか一方もしくは両方にマイクロチャネルパターンが形成されており、前記基材Ａと前記基材Ｂを張り合わせることで、前記基材Ａと前記基材Ｂの間にキャピラリー状の空間が形成されるマイクロケミカルデバイスにおいて、前記基材Ａ、前記基材Ｂのどちらか一方もしくは両方が、親水性を持った材料の基材もしくは親水性処理を施すとともに、前記基材Ａ、前記基材Ｂのどちらか一方にカチオン重合系樹脂を主成分とするエネルギー線遅延硬化型接着剤を前記キャピラリー部を除く部分に塗布し、前記エネルギー線遅延硬化型接着剤にエネルギー線を照射し、前記エネルギー線遅延硬化型接着剤を塗布していない前記基材Ａもしくは前記基材Ｂと、前記エネルギー線遅延硬化型接着剤を塗布した前記基材Ａもしくは前記基材Ｂとを前記エネルギー線遅延硬化型接着剤の硬化開始時間に対応して重ね合わせて接合することを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のマイクロケミカルデバイスの製造方法によれば、張り合わせ後に接着剤を除去する必要がないため、複雑なマイクロチャネルや、マイクロチャネルの両端が外部と通じていない場合であっても容易に張り合わせることが可能である。また、試薬に対向してエネルギー線を照射したり、基板に高温をかけたりしないため、試薬の活性低下の恐れが無く、さらには張り合わせ後にマイクロチャネル内の不要物を除去する必要がないため、試薬が除去されることも無い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明のマイクロケミカルデバイスとマイクロケミカルデバイス製造方法の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１〜図２は、本発明の第１の実施例におけるマイクロケミカルデバイスの接合方法を示す模式図である。また、図３はマイクロケミカルデバイスのマイクロチャネルパターンを示す平面図である。
【００１８】
図１〜図２において、マイクロチャネル４を有する基板１は、カチオン重合系樹脂を主成分とするエネルギー線遅延硬化型接着剤３を介して平坦な基板２と接合されており、基板１のマイクロチャネル４の一部には、液体試料を分析するための試薬５が担持されている。
【００１９】
基板１のマイクロチャネル４は、図３に示すようなマイクロチャネルパターンを射出成形により作製しており、遠心力と毛細管力を利用して流体移動が可能となっている。
【００２０】
図３において、マイクロチャネル４は分析試料注入槽６、定量槽７ａ〜７ｃ、試薬槽８ａ〜８ｃ、試薬槽９ａ〜９ｃ、測定槽１０ａ〜１０ｃで形成されており、試薬槽８ａ〜８ｃ、試薬槽９ａ〜９ｃ、測定槽１０ａ〜１０ｃにはそれぞれ分析に必要な試薬が担持できる構成になっている。
【００２１】
本発明では各槽の深さは、２００μｍ〜６００μｍで形成されており、それ以外の流路部分は５０μｍ〜１００μｍで形成されているが、マイクロケミカルデバイスの用途に応じて各槽の深さや流路の深さを調整可能である。
【００２２】
本発明では、図４に示すように、測定槽１０ａ〜１０ｃに透過光を照射して検査すべき液体試料と試薬５の反応状態を光学的に分析する。測定時には、測定槽１０ａ〜１０ｃ内に液体試料と試薬５とを反応させた反応溶液１１が充填され、反応溶液１１は液体試料と試薬５の反応の割合で吸光度が変化するため、光源部１２から測定槽１０ａ〜１０ｃに透過光を照射し、受光部１３にてその透過光の光量を測定することで、反応溶液１１を透過した光量の変化を測定することができるため、反応状態を分析することができる。
【００２３】
測定槽１０ａ〜１０ｃに透過光を照射した際に接着層によって透過光量がばらつく恐れがあるため、測定ばらつきを低減するために、測定槽１０ａ〜１０ｃの照射領域には、エネルギー線遅延硬化型接着剤３が塗布されないことが好ましい。
【００２４】
基板１および基板２の厚みは、１ｍｍ〜５ｍｍで形成しているが、特に制限は無く、マイクロチャネル４を形成可能な厚みであればよい。基板１および基板２の形状についても特に限定する必要が無く、用途目的に応じた形状、例えば、シート状、板状、棒状、チューブ状、その他複雑な形状の成形物などの形状が可能である。
【００２５】
本発明では基板１および基板２の材料として、易成形性、高生産性、低価格の面からプラスチックを使用しているが、ガラス、シリコンウェハー、金属、セラミックなどエネルギー線遅延硬化型接着剤で接合できる材料であれば特に制限はない。
【００２６】
また本発明ではマイクロチャネル４を有する基板１にはマイクロチャネル４内の粘性抵抗を減らし流体移動をしやすくするために親水性処理を行っているが、ガラス等の親水性材料を用いたり、成形時に界面活性剤、親水性ポリマー、シリカゲルの如き親性粉末などの親水化剤を添加させて材料表面に親水性を付与させたりしてもかまわない。親水性処理方法としては、プラズマ、コロナ、オゾン、フッ素等の活性ガスを用いた表面処理方法や界面活性剤による表面処理が挙げられる。ここで、親水性とは水との接触角が９０度未満のことをいい、より好ましくは接触角４０度未満である。
【００２７】
基板２は、図１に示すように基板２の表面がマイクロチャネル４の壁面の一部を形成する場合にはマイクロチャネル４内の流動性をよくするために基板１と同様の親水性処理をすることが好ましいが、図２に示すように基板２の表面がマイクロチャネル４の壁面の一部を形成しない場合には親水性処理を特に必要としない。
【００２８】
カチオン重合系樹脂を主成分とするエネルギー線遅延硬化型接着剤３で形成された接着層の厚みは、５μｍ〜２０μｍが好ましい。５μｍ以下の厚みでは、液体試料を流した時にシール性が確保できず、漏れる可能性があり、また２０μｍ以上の厚みでは、接着時に接着剤がマイクロチャネル４内に流入し、マイクロチャネル４を閉鎖する可能性がある。
【００２９】
カチオン重合系樹脂を主成分とするエネルギー線遅延硬化型接着剤３は、図１に示すようにマイクロチャネル４以外の部分に塗布する場合は、粘度の高い接着剤、例えば、（株）スリーボンド製「ＴｈｒｅｅＢｏｎｄ  ３１１５」（粘度３５００ｍＰａ・ｓ）を用い、塗布方法としては、スクリーン印刷法などのパターニング可能な塗布方法でマイクロチャネル４以外の部分に塗布し、基板１と基板２をアライメントして張り合わせている。
【００３０】
また、図２に示すように基板２の表面全体に塗布する場合は、粘度の低い接着剤、例えば、（株）スリーボンド製「ＴｈｒｅｅＢｏｎｄ  ３１１５Ｂ」（粘度３００ｍＰａ・ｓ）を用い、塗布方法としては、膜厚コントロールのしやすいスピンコート法などで塗布し、基板１と基板２を張り合わせている。図２のように、マイクロチャネル４の壁面を形成する接着層表面の割合が多い場合には、マイクロチャネル４内の流動性をよくするためにエネルギー線硬化型接着剤３に親水性を添加させることが好ましい。親水性の添加方法としては、界面活性剤、親水性ポリマー、シリカゲルの如き親性粉末などの親水化剤を添加させて接着層に親水性を付与することが可能である。
【００３１】
マイクロチャネル４内に担持させる試薬５としては、塩酸やトリスヒドロキシアミノメタンなどの緩衝剤、コレステロールエステラーゼやジアホラーゼなどの酵素、ＮＡＤなどの補酵素、水溶性テトラゾリウム塩などの色素を担持させている。試薬５は、張り合わせ前に基板１のマイクロチャネル４内に溶液状態で塗布し、乾燥させて担持させているが、あらかじめ試薬５を固形状態にしておき、張り合わせ時にマイクロチャネル４内に挿入することで、基板を選ばすに接着剤を塗布することができるため、塗布しやすい基板に接着剤を塗布することが可能となる。
【００３２】
次に上記で説明した本発明の第１の実施例におけるマイクロケミカルデバイスの接合方法について説明する。
【００３３】
図５（ａ）〜図５（ｃ）は本発明の第１の実施例におけるマイクロケミカルデバイスの接合方法を示す図である。
【００３４】
まず、図５（ａ）に示すように、試薬５の担持されていない基板２上に、カチオン重合系樹脂を主成分とするエネルギー線遅延硬化型接着剤３をスクリーン印刷法にてマイクロチャネル４以外の接合面に塗布する。
【００３５】
次に、図５（ｂ）に示すように、基板２上に塗布されたエネルギー線遅延硬化型接着剤３に波長：２００〜４００ｎｍの紫外線を紫外線照射機１４にて積算光量が４００〜６００ｍＪ／ｃｍ2になるように照射することで、紫外線照射後から接着剤硬化開始までの時間は１分〜３分程度になる。本発明では、試薬５に対して紫外線を照射しないため、試薬５の活性低下の恐れがない。エネルギー線遅延硬化型接着剤３は照射する積算光量によって、紫外線照射後から硬化開始までの未硬化時間がことなるため、後工程の作業時間を考慮して、積算光量を設定することが望ましい。
【００３６】
次に、図５（ｃ）に示すように、試薬５を担持させた基板１と紫外線を照射した基板２とを硬化開始時間までにマイクロチャネル４のパターンが一致するように位置決めし、張り合わせる。その後、ローラー１５ａ、１５ｂの間で加圧可能なラミネート装置で、張り合わせたマイクロケミカルデバイスを０.５〜５ＭＰａの圧力で加圧し、接着層内の気泡を除去する。張り合わせ後に、加圧し、気泡を除去することで、マイクロチャネル４のシール性は向上する。
ここで、本発明では気泡の除去にラミネート装置による加圧を行っているが、真空プレスなどの加圧方法で気泡を除去してもかまわない。
【００３７】
加圧したマイクロケミカルデバイスは、接着剤が硬化するまで静置することにより接合が完了する。静置時に、マイクロケミカルデバイスが反ったり、歪んだりして変形する恐れがあるため、接着剤が硬化するまでの間、基板１上に重りなどをおいて面圧をかけることが好ましい。
【実施例２】
【００３８】
図６は、本発明の第２の実施例におけるマイクロケミカルデバイスの接合方法を示す模式図である。また、図７はマイクロケミカルデバイスのマイクロチャネルパターンを示す平面図である。
【００３９】
図６において、基板２１ａと基板２１ｂとを接着剤２３ａで接合することで、深さの異なるマイクロチャネル２４ａ、２４ｂ、２４ｃを有する基板を形成し、基板２１ａと接合された基板２１ｂは、カチオン重合系樹脂を主成分とするエネルギー線遅延硬化型接着剤２３ｂを介して平坦な基板２２と接合されており、基板２２上には、液体試料を分析するための試薬２５が担持されている。
【００４０】
基板２１ａのマイクロチャネル２４ａは、図７（ａ）に示すようなマイクロチャネルパターンを射出成形により作製している。また、基板２１ｂのマイクロチャネル２４ａ、２４ｂ、２４ｃは、図７（ｂ）に示すようなマイクロチャネルパターンを射出成形により作製している。基板２１ａと基板２１ｂとを積層することで、深さの異なるマイクロチャネルや複雑なマイクロチャネルパターンを容易に形成することができる。本発明では、基板を３枚積層させてマイクロケミカルデバイスを作製しているが、マイクロチャネルを形成するために、更に複数の基板を積層させて作製してもかまわない。
【００４１】
図７（ａ）、図７（ｂ）において、マイクロチャネル２４ａ、２４ｂ、２４ｃは分析試料注入槽２６、定量槽２７ａ〜２７ｃ、試薬槽２８ａ〜２８ｃ、試薬槽２９ａ〜２９ｃ、測定槽３０ｃ〜３０ｃで形成されており、試薬槽２８ａ〜２８ｃ、試薬槽２９ａ〜２９ｃ、測定槽３０ａ〜３０ｃにはそれぞれ分析に必要な基板２２上に担持された試薬２５が入るような構成になっている。本発明では各槽の深さは、２００μｍ〜６００μｍで形成されており、それ以外の流路部分は１００μｍ〜２００μｍで形成されているが、マイクロケミカルデバイスの用途に応じて各槽の深さや流路の深さを調整可能である。
【００４２】
本発明では、図８に示すように、測定槽３０ａ〜３０ｃに透過光を照射して検査すべき液体試料と試薬２５の反応状態を光学的に分析する。測定時には、測定槽３０ａ〜３０ｃ内に液体試料と試薬２５とを反応させた反応溶液３１が充填され、反応溶液３１は液体試料と試薬２５の反応の割合で吸光度が変化するため、光源部３２から測定槽３０ａ〜３０ｃに透過光を照射し、受光部３３にてその透過光の光量を測定することで、反応溶液３１を透過した光量の変化を測定することができるため、反応状態を分析することができる。
【００４３】
測定槽３０ａ〜３０ｃに透過光を照射した際に接着層によって透過光量がばらつく恐れがあるため、測定ばらつきを低減するために、測定槽３０ａ〜３０ｃの照射領域には、エネルギー線遅延硬化型接着剤３３が塗布されないことが好ましい。
【００４４】
基板２１ａおよび基板２２の厚みは、１ｍｍ〜５ｍｍで形成しているが、特に制限は無く、マイクロチャネル２４ａを形成可能な厚みであればよい。また、基板２１ｂの厚みは５０μｍ〜１００μｍで形成されており、マイクロチャネル２４ｂ、２４ｃは基板２１ｂの厚みで決定される。
【００４５】
本発明では基板２１ａ、基板２１ｂおよび基板２２の材料として、易成形性、高生産性、低価格の面からプラスチックを使用しているが、ガラス、シリコンウェハー、金属、セラミックなどエネルギー線遅延硬化型接着剤で接合できる材料であれば特に制限はない。
【００４６】
また本発明ではマイクロチャネル２４ａを有する基板２１ａにはマイクロチャネル２４ａ内の粘性抵抗を減らし流体移動をしやすくするために親水性処理を行っているが、ガラス等の親水性材料を用いたり、成形時に界面活性剤、親水性ポリマー、シリカゲルの如き親性粉末などの親水化剤を添加させて材料表面に親水性を付与させたりしてもかまわない。親水性処理方法としては、プラズマ、コロナ、オゾン、フッ素等の活性ガスを用いた表面処理方法や界面活性剤による表面処理が挙げられる。ここで、親水性とは水との接触角が９０度未満のことをいい、より好ましくは接触角４０度未満である。
【００４７】
基板２２は、図６に示すように基板２２の表面がマイクロチャネル２４a、２４ｂ、２４ｃの壁面の一部を形成するため、マイクロチャネル２４a、２４ｂ、２４ｃ内の流動性をよくするために基板２１ａと同様の親水性処理をすることが好ましい。
【００４８】
基板２１ａと基板２１ｂの接合は、エネルギー線硬化型接着剤、熱可塑型接着剤などの接着剤を用いた接合や、レーザー溶着、超音波溶着などの溶着による接合が可能である。接着剤を用いる場合は、接着層の厚みは５μｍ〜２０μｍが好ましい。５μｍ以下の厚みでは、液体試料を流した時にシール性が確保できず、漏れる可能性があり、また２０μｍ以上の厚みでは、接着時に接着剤がマイクロチャネル２４a、２４ｂ、２４ｃ内に流入し、マイクロチャネル２４a、２４ｂ、２４ｃを閉鎖する可能性がある。
【００４９】
また、カチオン重合系樹脂を主成分とするエネルギー線遅延硬化型接着剤２３ｂで形成された接着層の厚みは、５μｍ〜２０μｍが好ましい。５μｍ以下の厚みでは、液体試料を流した時にシール性が確保できず、漏れる可能性があり、また２０μｍ以上の厚みでは、接着時に接着剤がマイクロチャネル２４a、２４ｂ、２４ｃ内に流入し、マイクロチャネル２４a、２４ｂ、２４ｃを閉鎖する可能性がある。
【００５０】
カチオン重合系樹脂を主成分とするエネルギー線遅延硬化型接着剤２３ｂは、図６に示すように基板２１ｂのマイクロチャネル２４a、２４ｂ、２４ｃ以外の接合面に塗布する。塗布方法としては、ロールコート法などで塗布を行い、基板２１ｂと基板２２をアライメントして張り合わせている。接着剤は粘度の高い接着剤が好ましく、例えば、（株）スリーボンド製「ＴｈｒｅｅＢｏｎｄ  ３１１５」（粘度３５００ｍＰａ・ｓ）を用いる。
【００５１】
基板２２上に担持させる試薬２５としては、塩酸やトリスヒドロキシアミノメタンなどの緩衝剤、コレステロールエステラーゼやジアホラーゼなどの酵素、ＮＡＤなどの補酵素、水溶性テトラゾリウム塩などの色素を担持させている。試薬２５は、張り合わせ前に基板２２上の各試薬層がくる位置に溶液状態で塗布し、乾燥させて担持させているが、あらかじめ試薬２５を固形状態にしておき、張り合わせ時にマイクロチャネル２４ａ、２４ｂ、２４ｃ内に挿入することで、基板を選ばすに接着剤を塗布することができるため、塗布しやすい基板に接着剤を塗布することが可能となる。
【００５２】
次に上記で説明した本発明の第２の実施例におけるマイクロケミカルデバイスの接合方法について説明する。
【００５３】
図９（ａ）〜図９（ｄ）は本発明の第２の実施例におけるマイクロケミカルデバイスの接合方法を示す図である。
【００５４】
まず、図９（ａ）に示すように、基板２１ａと基板２１ｂとを接着剤２３ａを介して接合する。次に、図９（ｂ）に示すように、基板２１ｂ上に、カチオン重合系樹脂を主成分とするエネルギー線遅延硬化型接着剤２３ｂをロールコート法にてマイクロチャネル２４ａ、２４ｂ、２４ｃ以外の接合面に塗布する。
【００５５】
次に、図９（ｃ）に示すように、基板２１ｂ上に塗布されたエネルギー線遅延硬化型接着剤２３ｂに波長：２００〜４００ｎｍの紫外線を紫外線照射機３４にて積算光量が４００〜６００ｍＪ／ｃｍ2になるように照射することで、紫外線照射後から接着剤硬化開始までの時間は１分〜３分程度になる。本発明では、試薬２５に対して紫外線を照射しないため、試薬２５の活性低下の恐れがない。エネルギー線遅延硬化型接着剤２３ｂは照射する積算光量によって、紫外線照射後から硬化開始までの未硬化時間がことなるため、後工程の作業時間を考慮して、積算光量を設定することが望ましい。
【００５６】
次に、図９（ｄ）に示すように、試薬２５を担持させた基板２２と紫外線を照射した基板２１ｂとを試薬２５の位置が既定の位置にくるように位置決めし、硬化開始時間までに張り合わせる。その後、ローラー３５ａ、３５ｂの間で加圧可能なラミネート装置で、張り合わせたマイクロケミカルデバイスを０.５〜５ＭＰａの圧力で加圧し、接着層内の気泡を除去する。張り合わせ後に、加圧し、気泡を除去することで、マイクロチャネル２４a、２４ｂ、２４ｃのシール性は向上する。ここで、本発明では気泡の除去にラミネート装置による加圧を行っているが、真空プレスなどの加圧方法で気泡を除去してもかまわない。
【００５７】
加圧したマイクロケミカルデバイスは、接着剤が硬化するまで静置することにより接合が完了する。静置時に、マイクロケミカルデバイスが反ったり、歪んだりして変形する恐れがあるため、接着剤が硬化するまでの間、基板２１ａ上に重りなどをおいて面圧をかけることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明にかかるマイクロケミカルデバイスの製造方法は、複雑なマイクロチャネルデザインの基板や試薬の活性を低下させずに基板の接合ができるため、化学、生化学、物理化学用などの微小反応デバイス（マイクロリアクター）や、集積型ＤＮＡ分析デバイス、微小電気泳動デバイス、微小クロマトグラフィーデバイスなどの微小分析デバイス等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施例１におけるマイクロケミカルデバイスの接合方法を示す模式図
【図２】本発明の実施例１におけるマイクロケミカルデバイスの接合方法を示す模式図
【図３】本発明の実施例１におけるマイクロケミカルデバイスのマイクロチャネルパターンを示す平面図
【図４】本発明の実施例１におけるマイクロケミカルデバイスの光学的測定方法を説明するための模式図
【図５】本発明の実施例１におけるマイクロケミカルデバイスの接合方法を示す図
【図６】本発明の実施例２におけるマイクロケミカルデバイスの接合方法を示す模式図
【図７】本発明の実施例２におけるマイクロケミカルデバイスのマイクロチャネルパターンを示す平面図
【図８】本発明の実施例２におけるマイクロケミカルデバイスの光学的測定方法を説明するための模式図
【図９】本発明の実施例２におけるマイクロケミカルデバイスの接合方法を示す図
【図１０】従来例のエネルギー線硬化性化合物による張り合わせ方法によって作製されたマイクロケミカルデバイスの俯瞰図
【図１１】従来例のマイクロケミカルデバイスの接合方法の一工程を示す模式図
【符号の説明】
【００６０】
１  基板
２  基板
３  エネルギー線遅延硬化型接着剤
４  マイクロチャネル
５  試薬
６  分析試料注入槽
７ａ〜７ｃ  定量槽
８ａ〜８ｃ  試薬槽
９ａ〜９ｃ  試薬槽
１０ａ〜１０ｃ  測定槽
１１  反応溶液
１２  光源部
１３  受光部
１４  紫外線照射機
１５ａ、１５ｂ  ローラー
２１ａ  基板
２１ｂ  基板
２２  基板
２３ａ  接着剤
２３ｂ  エネルギー線遅延硬化型接着剤
２４a、２４ｂ、２４ｃ  マイクロチャネル
２５  試薬
２６  分析試料注入槽
２７ａ〜２７ｃ  定量槽
２８ａ〜２８ｃ  試薬槽
２９ａ〜２９ｃ  試薬槽
３０ａ〜３０ｃ  測定槽
３１  反応溶液
３２  光源部
３３  受光部
３４  紫外線照射機
３５ａ、３５ｂ  ローラー
５１  部材（Ａ）
５２  凹部
５３  部材（Ｂ）
５４  組成物（Ｃ）
６１  マイクロケミカルデバイス基板
６２  マイクロケミカルデバイス基板
６３  マイクロチャネル
６４  マスキング剤
６５  接着剤
【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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