(57)【要約】      （修正有）【課題】組織培養に用いるマイクロチャネル装置を製造において、負圧吸引力が不足するという問題を解決する方法の提供。【解決手段】マイクロチャネル装置の製造方法及びその構造であって、それは、キャビティ及びキャビティを取り囲むバリア壁を有するガラス製金型を準備し、続いて、金型を、キャビティに対応する成形面及び成形面から突出したマイクロチャネルコアを有するシリコン基板に設置し、続いて、ジメチルポリシロキサンをキャビティに注入してベークすることで、ジメチルポリシロキサンを硬化させて、マイクロチャネル装置を形成する、方法。マイクロチャネルコアに対応するマイクロチャネル構造を有し、且つ、前記マイクロチャネル装置の側壁の高さが、３〜３０ｍｍであるマイクロチャネル装置。【選択図】図１
2019018546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャビティ及び前記キャビティを取り囲む、高さ３ｍｍ以上のバリア壁を有するガラス製金型を準備するステップＳ１と、
前記金型を、前記キャビティに対応する成形面及び前記成形面から突出したマイクロチャネルコアを有するシリコン基板に設置するステップＳ２と、
高分子材料と硬化剤とを、８〜１２：１の重量比率で混合することで、未硬化ジメチルポリシロキサンを調製するステップＳ３と、
前記未硬化のジメチルポリシロキサンを前記キャビティに注入し、それを負圧環境に置き、前記ジメチルポリシロキサン中の気泡を除去するステップＳ４と、
ベークして前記ジメチルポリシロキサンを硬化させることで、マイクロチャネル装置を形成するステップＳ５と、
前記マイクロチャネルコアに対応するマイクロチャネル構造を有し、且つ側壁の高さが３〜３０ｍｍの前記マイクロチャネル装置を、前記キャビティと前記シリコン基板から分離するステップＳ６とを含むことを特徴とするマイクロチャネル装置の製造方法。
【請求項２】
前記マイクロチャネルコアを有する前記シリコン基板が、
前記シリコン基板の成形面に、パターニングされたマスクを形成し、
続いて前記シリコン基板をエッチングして、前記シリコン基板に前記マイクロチャネルコアを形成し、
その後、前記パターンニングされたマスクを除去すること
により製造されたことを特徴とする請求項１記載のマイクロチャネル装置の製造方法。
【請求項３】
前記高分子材料が、ポリシロキサンであることを特徴とする、請求項１に記載のマイクロチャネル装置の製造方法。
【請求項４】
前記金型と前記シリコン基板間を陽極接合法により結合を生じさせることで接合することを特徴とする請求項１に記載のマイクロチャネル装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項記載の製造方法により製造されたマイクロチャネル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロチャネル装置に関し、特に、マイクロチャネル装置の製造方法及びその構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体技術及び生物工学の大いなる発達に伴い、微細構造プロセス技術と医用生体計測技術において誕生したマイクロチャネルリアクターは、反応生成物の質とプロセスの効率を向上させるための重要な技術手段となっており、現在、すでに、化学、材料及び製薬などの分野で幅広く用いられており、関連分野では、必要不可欠なものとなっている。
【０００３】
マイクロチャネルの適用例としては、台湾特許公告Ｉ４２１３４０「マイクロチャネルチップ及びその使用方法」が挙げられ、それは、表面を有する基材、所定の深さを有する複数の幾何形状構造が連結して形成され、且つ、その両端にはそれぞれ供給口及び排出口が配置されており、その底部に少なくとも１つの気体交換孔が開設されたマイクロチャネルを有する、前記基材の表面に形成された少なくとも１つの組織培養領域を有する。
【０００４】
ジメチルポリシロキサン(Ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ、ＰＤＭＳ)は、透光性、生体適合性に優れる上に、安定的な化学的性質を有するなどの利点を有するため、マイクロチャネルの基材として幅広く用いられているが、従来の厚膜フォトレジストや乾燥型（ドライモールド）技術では、いずれもジメチルポリシロキサンの側壁の高さを、十分な負圧を生じさせるのに適した高さ以上とすることはできず、製造プロセスでアクリル系金型を用いた場合、アクリル系材料は複数回ベークすると歪みが生じ、また、熱膨張率などの関係上、ジメチルポリシロキサンが流出するため、細線幅のマイクロチャネルという要求と、工業上の量産に求められる迅速な離型要求を満たすことができない。
特に、ジメチルポリシロキサン負圧型マイクロチャネルの側壁の高さが、十分な負圧を生じさせるのに適した高さより低いと、負圧吸引力が不足するため、その適用は大きく制限されてしまい、また、マイクロチャネルの設計上の利点を活かすこともできない。そのため、十分な負圧が生じるのに好適な高さを有するジメチルポリシロキサンマイクロチャネルをいかにして製造するかは、当業者が解決すべき課題となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】台湾特許公告Ｉ４２１３４０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、ジメチルポリシロキサンマイクロチャネルの側壁の高さが不十分であることにより負圧吸引力が不足するという課題を解決すべくなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の目的を達成すべく、マイクロチャネル装置の製造方法を提供し、それは、以下のステップを含む：
【０００８】
Ｓ１：キャビティ及び前記キャビティを取り囲む、高さ３ｍｍ以上のバリア壁を有するガラス製金型を準備する。
【０００９】
Ｓ２：前記金型を、前記キャビティに対応する成形面及び前記成形面から突出したマイクロチャネルコア（雄型）を有するシリコン基板に設置する。
【００１０】
Ｓ３：高分子材料と硬化剤とを、８〜１２：１の重量比率で混合することで、未硬化ジメチルポリシロキサンを調製する。
【００１１】
Ｓ４：前記未硬化のジメチルポリシロキサンを前記キャビティに注入し、それを負圧環境に置き、前記ジメチルポリシロキサン中の気泡を除去する（浮き出させ、破裂させる）。
【００１２】
Ｓ５：ベークして（焼いて）前記ジメチルポリシロキサンを硬化させることで、マイクロチャネル装置を形成する。
【００１３】
さらに、
Ｓ６：前記マイクロチャネル装置を前記キャビティと前記シリコン基板から分離する。
なお、前記マイクロチャネル装置は、前記マイクロチャネルコアに対応したマイクロチャネル構造を有し、且つ前記マイクロチャネル装置の側壁の高さは、３〜３０ｍｍである。
【００１４】
本発明は、上記目的を達成すべく、上記の方法で製造したマイクロチャネル装置をさらに提供する。
【発明の効果】
【００１５】
以上よりわかるように、本発明は、従来技術と比べ以下の利点を有する。
【００１６】
１、本発明では、前記金型がガラス製であり、その熱膨張率は、前記シリコン基板と近く、前記金型と前記シリコン基板は、いずれも表面平坦度が高く、複数回加熱ベークしても歪みが生じないため、加熱ベークした際に前記ジメチルポリシロキサンが流出するのを防止し、後続の修整作業を減らすことができる。
【００１７】
２、本発明では、ガラス製の前記金型を用いると、側壁の高さが、十分な負圧を生じさせるのに適した高さ以上となるマイクロチャネル装置を製造できるため、構造設計上より深い垂直チャネルを有しており、より高い負圧を生じさせることができ、負圧吸引力が不足するという問題を解決することができる。
【００１８】
３、本発明では、前記金型の前記キャビティの、少なくとも１つの角部を円滑化処理により円滑な角部にすることで、前記金型により製造された前記マイクロチャネル装置も、円滑な角部を有することとなり、さらに、離型剤を使用して、後続する離型作業を容易にすることで、離型速度を速め、製造プロセスを加速させるだけでなく、前記マイクロチャネル装置が破損することを回避できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施例のステップのフロチャートである。
【図２】本発明の一実施例の金型の平面図である。
【図３Ａ】図２中のＡ-Ａ断面の製造プロセスの概略図である。
【図３Ｂ】図２中のＡ-Ａ断面の製造プロセスの概略図である。
【図３Ｃ】図２中のＡ-Ａ断面の製造プロセスの概略図である。
【図３Ｄ】図２中のＡ-Ａ断面の製造プロセスの概略図である。
【図３Ｅ】図２中のＡ-Ａ断面の製造プロセスの概略図である。
【図３Ｆ】図２中のＡ-Ａ断面の製造プロセスの概略図である。
【図４】本発明の一実施例による製品の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の詳細及び技術内容を、図面を参照して説明する。
【００２１】
図１〜図４に示すとおり、本発明は、マイクロチャネル装置の製造方法及びその構造を開示し、前記マイクロチャネル装置４０は、マイクロチャネル構造４１を有し、且つその側壁の高さが３〜３０ｍｍである。その製造方法は、以下のステップを含む：
【００２２】
Ｓ１：図３Ａに示すとおり、キャビティ１１及び前記キャビティ１１を取り囲む、高さｈが３ｍｍ以上のバリア壁１２を有するガラス製金型１０を準備する。
【００２３】
なお、前記金型の製造方法としては、レーザ加工法により、ガラスを加工することでキャビティ１１及び前記キャビティ１１を取り囲むバリア壁１２を有する前記金型１０を形成してもよいが、前記金型１０の製造方法は、レーザ加工法だけに限定されず、他の方法としてもよい。
続いて、図２に示すとおり、前記キャビティ１１の少なくとも１つの角部に対して円滑化処理を施し、円滑な角部１３とし、後続の離型作業上の便宜を図ることができる。また、必要に応じて複数の角部に対して前記円滑化処理を施し、複数の円滑な角部１３としてもよい。
本発明の一実施例では、前記円滑化処理は、レーザ加工法で行うが、これに関しては特に限定せず、それ以外の他の方法で行ってもよい。
【００２４】
Ｓ２：図３Ｂ〜図３Ｄに示すとおり、前記金型１０を、キャビティ１１に対応する成形面２１及び前記成形面２１から突出したマイクロチャネルコア２２を有するシリコン基板２０に設置する。本発明で用いるシリコン基板２０としては、シリコンウェハが挙げられるが、これに関しては特に限定せず、それ以外の適切なシリコン含有基板を用いてもよい。
【００２５】
本発明の一実施例では、前記金型１０と前記シリコン基板２０は、具体的には、陽極接合法により、それらの間で結合を生じさせて接合するなどして、直接接触しており、従って、本発明では、従来技術のように、前記金型１０と前記シリコン基板２０の間で、さらに接着剤などの材料で接着層を形成する必要がなく、これにより、従来技術では、接着剤を使用することが原因の接着剤流出の問題が回避されるだけでなく、前記接着層の存在により、前記金型１０と前記シリコン基板２０との位置合わせの精度が影響されるという欠点も解消される。
【００２６】
前記シリコン基板２０の製造方法に関しては、図３Ｂ及び図３Ｃに示すとおり、前記シリコン基板２０の前記成形面２１において、パターニングされたフォトレジストのマスク５０を形成し、続いて前記シリコン基板２０をエッチングして、前記シリコン基板２０に前記マイクロチャネルコア２２を形成し、最後に、前記パターンニングされたマスク５０を除去すればよいが、前記マイクロチャネルコア２２を形成する技術手段は、これだけに限定されない。
また、前記シリコン基板２０を、製造プロセスが開始する前に製作しておいてもよく、前記金型１０と前記シリコン基板２０の製作に際しては、必ずしも金型１０が先、シリコン基板２０はその後という順序とは限らない。
【００２７】
Ｓ２後に、さらに、以下のステップを含む：
【００２８】
Ｓ２Ａ：後続の離型作業を容易にするため、（図示されていない）離型剤を、前記キャビティ１１及び前記成形面２１に塗布する。なお、前記離型剤を限定せず、当業者は、状況に応じて、フッ素系離型剤、ワックス系離型剤、界面活性剤、又はそれらの組み合わせから選択してよい。
【００２９】
続いて、図３Ｅに示すとおり、未硬化のジメチルポリシロキサン３０を、前記キャビティ１１に注入して、ベークすることで、前記ジメチルポリシロキサン３０を硬化させて(図３Ｆに示す)マイクロチャネル装置４０を形成する。これは、以下のステップを含む：
【００３０】
Ｓ３：まず、高分子材料と硬化剤を、（これだけに限定されないが）８〜１２：１の重量比率で混合して、ジメチルポリシロキサン３０を調製し、続いて、約１０〜３０分静置して、一部の気泡を除去する。
本発明の一実施例では、前記高分子材料は、ポリシロキサンとし、前記硬化剤は、脂肪族アミン、脂環式アミン、芳香族アミン、ポリアミドなどとしてもよいが、これだけに限定されない。
【００３１】
Ｓ４：前記未硬化のジメチルポリシロキサン３０を前記キャビティ１１に注入し、それを負圧環境に置き、前記ジメチルポリシロキサン３０中の気泡を除去する（浮き出させ、破裂させる）。
【００３２】
Ｓ５：続いて、ベークすることで、前記ジメチルポリシロキサン３０を硬化させて、前記マイクロチャネル装置４０を形成する。一実施例では、１００〜１２０℃下で、半時間〜２時間ベークしてもよいが、ベーク温度及びベーク時間は、製造プロセスによって異なり、これだけに限定されない。
【００３３】
Ｓ６：図３Ｆ及び図４に示すとおり、前記マイクロチャネル装置４０を前記キャビティ１１と前記シリコン基板２０から分離する。
なお、前記マイクロチャネル装置４０は、前記マイクロチャネルコア２２に対応するマイクロチャネル構造４１を有し、前記金型１０と前記シリコン基板２０は、いずれも表面平坦度が高く、且つ熱膨張率が近いため、複数回加熱ベークしても歪みが生じないために、前記未硬化のジメチルポリシロキサン３０は加熱過程で流出せず、後続の修整作業を減らすことができる。
さらに、実際に実験を行ったところ、本発明の方法で製造された側壁の高さが４ｍｍのマイクロチャネル装置４０は、１０μｍの液体をその空洞内に吸い込むためには３分しかかからなかったのに対し、側壁の高さが２ｍｍのマイクロチャネル装置４０を用いて同実験を行うと、等量の液体をその空洞に吸い込むために６分を要するという結果であった。
【００３４】
以上からわかるように、本発明の製造方法及び前記方法で製造するマイクロチャネル装置は、従来技術及び従来技術で製造されるマイクロチャネルと比べ、少なくとも以下の利点を有する。
【００３５】
１、本発明では、前記金型がガラス製であり、その熱膨張率は、前記シリコン基板と近く、前記金型と前記シリコン基板はいずれも表面平坦度が高く、複数回加熱ベークしても歪みが生じないため、加熱ベークする際に前記ジメチルポリシロキサンが流出することを防止して、後続の修整作業を減らすことができる。
【００３６】
２、本発明では、ガラス製の前記金型を用いると、側壁の高さが、十分な負圧を生じさせるのに適した高さ以上のマイクロチャネル装置を製造できるため、構造設計上、より深い垂直チャネルを有し、より高い負圧を生じ得るため、負圧吸引力が不足するという問題を解決できる。
【００３７】
３、本発明では、離型剤を塗布して、後続の離型作業を容易にすることで、離型速度を速め、製造プロセスを加速させるだけでなく、前記マイクロチャネル装置が破損することを回避できる。
【００３８】
４、本発明では、前記金型の前記キャビティの、少なくとも１つの角部を円滑化処理により円滑な角部にすることで、前記金型で製造された前記マイクロチャネル装置も、円滑な角部を有することとなり、さらに、離型剤を使用して、後続の離型作業を容易にすることで、離型速度を速め、製造プロセスを加速させるだけでなく、前記マイクロチャネル装置が破損するのを回避できる。
【符号の説明】
【００３９】
１０ 金型
１１ キャビティ
１２ バリア壁
１３ 円滑な角部
２０ シリコン基板
２１ 成形面
２２ マイクロチャネルコア
３０ ジメチルポリシロキサン
４０ マイクロチャネル装置
４１ マイクロチャネル構造
５０ パターンニングされたマスク
ｈ 高さ
Ｓ１〜Ｓ６ ステップ
【図１】
2019018546.tif 000003
【図２】
2019018546.tif 000004
【図３Ａ】
2019018546.tif 000005
【図３Ｂ】
2019018546.tif 000006
【図３Ｃ】
2019018546.tif 000007
【図３Ｄ】
2019018546.tif 000008
【図３Ｅ】
2019018546.tif 000009
【図３Ｆ】
2019018546.tif 000010
【図４】
2019018546.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成30年11月9日(2018.11.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャビティ及び前記キャビティを取り囲む、高さ３ｍｍ以上のバリア壁を有するガラス製金型を準備するステップＳ１と、
前記金型を、前記キャビティに対応する成形面及び前記成形面から突出したマイクロチャネルコアを有するシリコン基板に設置するステップＳ２と、
高分子材料と硬化剤とを、８〜１２：１の重量比率で混合することで、未硬化ジメチルポリシロキサンを調製するステップＳ３と、
前記未硬化のジメチルポリシロキサンを前記キャビティに注入し、それを負圧環境に置き、前記ジメチルポリシロキサン中の気泡を除去するステップＳ４と、
ベークして前記ジメチルポリシロキサンを硬化させることで、マイクロチャネル装置を形成するステップＳ５と、
前記マイクロチャネルコアに対応するマイクロチャネル構造を有し、且つ側壁の高さが３〜３０ｍｍの前記マイクロチャネル装置を、前記キャビティと前記シリコン基板から分離するステップＳ６とを含むことを特徴とするマイクロチャネル装置の製造方法。
【請求項２】
前記マイクロチャネルコアを有する前記シリコン基板が、
前記シリコン基板の成形面に、パターニングされたマスクを形成し、
続いて前記シリコン基板をエッチングして、前記シリコン基板に前記マイクロチャネルコアを形成し、
その後、前記パターンニングされたマスクを除去すること
により製造されたことを特徴とする請求項１記載のマイクロチャネル装置の製造方法。
【請求項３】
前記高分子材料が、ポリシロキサンであることを特徴とする、請求項１に記載のマイクロチャネル装置の製造方法。
【請求項４】
前記金型と前記シリコン基板間を陽極接合法により結合を生じさせることで接合することを特徴とする請求項１に記載のマイクロチャネル装置の製造方法。