(57)【要約】【課題】流路がたとえ微細であったとしても、コスト的に有利に、しかも適切に親水処理を施せるようにする。【解決手段】試料液を移動させるための凹部が形成され、かつ高分子材料により構成された基板と、凹部を覆うように基板に積層されたカバーと、を備えた分析用具を製造する方法において、親水処理として、凹部の内面に対して改質ガスを接触させて凹部の内面の性状を改質する第１次改質作業と、凹部の内面の性状を第２次的に改質する第２次改質作業と、を行う。改質ガスとしては、たとえばフッ素ガスおよび酸素ガスを含むものを使用する。第２次改質作業は、たとえば凹部の内面に対して、水または水蒸気を接触させることにより行う。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料液を移動させるための凹部が形成され、かつ高分子材料により構成された基板と、上記凹部を覆うように上記基板に積層されたカバーと、を備えた分析用具を製造する方法であって、
上記凹部の内面に対して親水処理を施す工程を含む製造方法において、
上記親水処理は、上記凹部の内面に対して改質ガスを接触させて上記凹部の内面の性状を第１次的に改質する第１次改質作業と、上記凹部の内面の性状を２次的に改質する第２次改質作業と、を含んでいることを特徴とする、分析用具の製造方法。
【請求項２】
上記親水処理においては、カルボキシル基を導入することによって上記凹部の内面が親水化される、請求項１に記載の分析用具の製造方法。
【請求項３】
上記改質ガスは、フッ素ガスおよび酸素ガスからなる、請求項１または２に記載の分析用具の製造方法。
【請求項４】
上記フッ素ガスと上記酸素ガスの混合比は、容積を基準として、１：１〜１０００である、請求項３に記載の分析用具の製造方法。
【請求項５】
上記第１次改質作業は、改質ガスの分圧が１０〜２０００ｈＰａ、温度が０〜１００℃の環境下において、１〜６０分間行われる、請求項１ないし４のいずれかに記載の分析用具の製造方法。
【請求項６】
上記第２次改質作業は、上記凹部の内面に対して、水または水蒸気を接触させることにより行われる、請求項１ないし５のいずれかに記載の分析用具の製造方法。
【請求項７】
上記親水処理は、上記凹部の内面における純水に対する接触角が、０〜８０度となるように行われる、請求項１ないし６のいずれかに記載の分析用具の製造方法。
【請求項８】
上記分析用具は、毛細管現象を利用して試料液を移動させるように構成されている、請求項１ないし７のいずれかに記載の分析用具の製造方法。
【請求項９】
上記凹部の主断面は、幅寸法ａが１０〜５００μｍ、深さ寸法ｂが５〜５００μｍであり、かつｂ／ａ≧０．５である矩形断面とされている、請求項８に記載の分析用具の製造方法。
【請求項１０】
上記親水処理は、上記基板に対して上記カバーを積層する前の段階において行われる、請求項１ないし９のいずれかに記載の分析用具の製造方法。
【請求項１１】
上記カバーは、高分子材料により構成されており、
上記親水処理は、上記基板に対して上記カバーを積層した状態において、上記基板の凹部の内面および上記カバーにおける上記凹部に臨む面の双方に対して同時に行われる、請求項１ないし９のいずれかに記載の分析用具の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料液の分析を行うために使用され、かつ試料液を測定部に移動させてから分析を行うように構成された分析用具を製造する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
分析用具としては、試料液の移動を毛細管力により行うものがある。このような分析用具は、毛細管力を発生させるためのキャピラリを備えたものとして構成される。その一方で、試料液に対して適切な毛細管力を作用させるべく、キャピラリの内面に親水処理を施すことが行われている。たとえば、図９に示したように、基板９０に凹部９１を形成するとともに、この凹部９１をカバー９２により覆うことによりキャピラリ９３が形成される構成では、凹部９１の底面９１ａとカバー９２の片面９２ａに対して親水処理が施される。キャピラリ９３の内面に親水処理を施す代表的な方法としては、たとえば紫外線を照射する方法、界面活性剤を付着させる方法、グロー放電やコロナ放電などのプラズマ放電を利用する方法などが挙げられる（たとえば特許文献１および２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１５９６１８号公報（第４頁）
【特許文献２】
特開２００２−１６８８２１号公報（第４頁）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年においては、試料液の微量化および分析用具の小型化の要請から、キャピラリ９３の断面積が小さくなる傾向にある。とくに、１つの分析用具において複数の項目を分析するように構成された分析用具においては、個々のキャピラリ９３の断面積を小さくする必要性が高い。分析用具は、その厚み寸法が元々小さいために、分析用具の小型化を達成するためには、分析用具の平面視寸法を小さくするのが効果的である。この場合、分析用具の小型化を達成しつつ、キャピラリ９３の断面積を小さくしようとすれば、図１０に示したようにキャピラリ９３の幅寸法が相対的に小さくなってくる。そのため、従来のように、凹部９１の底面９１ａとカバー９２の片面９２ａに親水処理を施す方法では、キャピラリ９３の断面積が小さくなることにともなって、親水処理が施された面が占める割合が小さくなってしまう。その結果、凹部９１の側面９１ｂに対しても親水処理を施さなければ、キャピラリ９３内において試料液を適切に移動させることができなくなる。
【０００５】
しかしながら、界面活性剤を付着させる方法あるいは紫外線を照射する方法では、凹部９１の側面９１ｂに対して適切に親水処理を施すのが困難である。たとえば、紫外線を照射する方法では、紫外線などの光が直進性を示すために、図１１（ａ）に示したように微細な流路（凹部）９１の側面９１ｂに対しては、紫外線を照射するのが困難である。また、界面活性剤を付着させる方法は、界面活性剤を含む材料液を凹部９１内に供給した後に、材料液を乾燥させることにより行われる。そのため、凹部９１の側面９１ｂに対して界面活性剤を付着させるためには、図１１（ｂ）に示したように、凹部９１の全体を埋めるようにして材料液を供給し、材料液を乾燥させる必要がある。したがって、界面活性剤を付着させる方法では、側面９１ｂに界面活性剤を付着させるためには、凹部９１が界面活性剤により埋まってしまい、目的とする断面積を有する流路を構築するのが困難となる。一方、プラズマ放電を利用する方法では、プラズマ放電を起こさせるための設備が必要となるために設備コストひいては製造コストが高くなってしまう上、放電加工では凹部９１の側面９１ｂに対して十分な親水化処理を行うのが困難である。
【０００６】
本発明は、このような事情のもとに考えだされたものであって、流路がたとえ微細であったとしても、コスト的に有利に、しかも適切に親水処理を施せるようにすることを課題としている。
【０００７】
【発明の開示】
本発明では、上記した課題を解決するために、次の技術的手段を講じている。すなわち、本発明により提供される分析用具の製造方法は、試料液を移動させるための凹部が形成され、かつ高分子材料により構成された基板と、上記凹部を覆うように上記基板に積層されたカバーと、を備えた分析用具を製造する方法であって、上記凹部の内面に対して親水処理を施す工程を含む製造方法において、上記親水処理は、上記凹部の内面に対して改質ガスを接触させて上記凹部の内面の性状を第１次的に改質する第１次改質作業と、上記凹部の内面の性状を２次的に改質する第２次改質作業と、を含んでいることを特徴としている。
【０００８】
親水処理においては、第１次および第２次改質作業を行うことにより、たとえば基板における表層に存在する高分子鎖に親水基であるカルボキシル基が導入される。これにより、凹部の内面が親水化される。親水化の程度は、たとえば凹部の内面における純水に対する接触角が０〜８０度、より好ましくは０〜６０度となる範囲とされる。
【０００９】
親水処理は、たとえば基板に対してカバーを積層する前の段階において行われる。親水処理は、基板に対してカバーを積層した状態において行ってもよい。このとき、カバーを高分子材料により構成しておけば、基板の凹部の内面ばかりでなく、カバーにおける凹部に臨む面に対しても同時に親水処理を施すことができる。
【００１０】
第１次改質作業は、たとえば改質ガスの分圧が１０〜２０００ｈＰａ、温度が０〜１００℃の環境下において、より好ましくは改質ガスの分圧が１００〜１１００ｈＰａ、温度が０〜４０℃の環境下において、１〜６０分間行われる。第１次改質作業においては、改質ガスとして、たとえばフッ素ガスおよび酸素ガスを含むものが好ましく使用される。この場合、フッ素ガスと酸素ガスの混合比は、容積を基準として、１：１〜１０００とするのが好ましい。
【００１１】
一方、第２次改質作業は、たとえば凹部の内面に対して、水または水蒸気を接触させることにより行われる。凹部の内面に対する水や水蒸気の接触は、たとえば基板に対して水や水蒸気を噴霧することにより行ってもよいし、水槽内に基板を浸漬することにより行ってもよい。もちろん、基板を大気と接触させることによって、大気中の水分によって凹部の内面を第２次的に改質してもよい。
【００１２】
本発明は、毛細管現象を利用して試料液を移動させるように構成された分析用具において、その流路の内面を親水化するための技術として適用することができる。とくに、マイクロデバイスのように微細化された流路を有する分析用具に対して好適に採用することができる。マイクロデバイスとしては、たとえば流路の主断面（本発明でいう基板の凹部の主断面に相当）が、たとえば幅寸法ａが１０〜５００μｍ、深さ寸法ｂが５〜５００μｍであり、かつｂ／ａ≧０．５である矩形断面とされたものが挙げられる。ここで、本発明でいう「主断面」とは、試料液の進行方向に直交する縦断面をさし、断面形状が一様でない場合においては、試料液の進行させることを主目的とした部分の縦断面をさすものとする。
【００１３】
本発明では、第１次改質作業が改質ガス（気体）を用いて行われ、第２次改質作業がたとえば水蒸気や水といった気体や液体を用いて行われる。これらの物質は紫外線のように直進性はないため、基板の凹部の内面に対しては、改質ガスや水蒸気などを適切に接触させることができる。その結果、凹部の内面の全体に対して適切に親水処理を施すことができるようになる。このような効果は、微細流路（凹部の断面積が小さい）を備えた分析用具を製造する場合においても得ることができる。また、改質ガスあるいは水や水蒸気を接触させるための設備は、簡易な構成により安価に構築することができるため、製造コスト的にも有利なものとなる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。
【００１５】
本発明は、分析装置に装着して使用する分析用具の製造方法に関するものである。分析装置では、たとえば光学的手法や電気化学的手法により、分析用具に供給された試料液が分析される。
【００１６】
製造対象となる分析用具としては、たとえば図１ないし図４に示したものを例示することができる。これらの図に示した分析用具１は、いわゆるマイクロデバイスとして構成され、光学的手法により試料の分析を行うように構成されたものである。このマイクロデバイス１は、反応場を提供するものであり、凹部２０が形成された基板２上に、接合シート４を介して、凹部２０を覆うようにしてカバー３が積層された形態を有している。
【００１７】
凹部２０は、図１および図４に良く表れているように、試料導入路２１、試薬導入路２２および反応用流路２３を有している。試料導入路２１と試薬導入路２２とは、反応用流路２３の端部２３ａにつながっている。反応用流路２３は、全体が蛇腹状にくねっており、流路長が大きくなるように工夫されている。そして、反応用流路２３の端部２３ｂは、測定用光源からの光が照射される測定部を構成している。
【００１８】
凹部２０の主断面は、図２に示したように幅寸法ａが１０〜５００μｍ、深さ寸法ｂが５〜５００μｍであり、かつｂ／ａ≧０．５である矩形断面とされている。凹部２０の内面には、親水処理が施されている。凹部２０の内面における純水に対する接触角は、たとえば０〜８０度とされている。
【００１９】
これに対してカバー３は、図１ないし図３に示したように試料導入口３０、試薬導入口３１および空気抜き穴３２を有している。試料導入口３０は試料導入路２１の端部２１ａに、試薬導入口３２は試薬導入路２２の端部２２ａに、空気抜き穴３２は反応用流路２３の端部２３ｂに、それぞれ対応した部位に形成されている。
【００２０】
試料の分析時には、マイクロデバイス１に対して、試料導入口３０から試料が、試薬導入口３１から試薬がそれぞれ導入される。これらの試料および試薬は、毛細管現象により試料導入路２１および試薬導入路２２をそれぞれ移動し、反応用流路２３において合流する。これにより、試料と試薬が反応を開始する。試料および試薬は、さらに反応を進行しつつも、毛細管現象により空気抜き穴３２に向けて反応用流路２３を移動し、最終的には測定部２３ｂに到達する。測定部２３ｂにおいては試料と試薬との反応生成物が上述したように分析装置において分析される。
【００２１】
次に、マイクロデバイス１の製造方法について説明する。ただし、以下においては、１つ１つの分析用具を個別に製造する場合を例にとって説明する。
【００２２】
マイクロデバイス１は、カバー形成工程、基板形成工程、親水処理工程、および接合工程を経て製造される。
【００２３】
カバー形成工程は、たとえば透明な樹脂フィルムに対して打ち抜き加工を施した後、樹脂フィルムを目的とする大きさに切断することにより行われる（図３参照）。打ち抜き加工においては、試料導入口３０、試薬導入口３１および空気抜き穴３２となるべき貫通孔が形成される。もちろん、樹脂フィルムを切断した後に打ち抜き加工を施してカバー３を形成してもよい。カバー３の片面に対しては、紫外線照射や界面活性剤を塗布するなどして、親水処理を施してもよい。樹脂フィルムを形成するための材料（カバー３を形成するための材料）としては、たとえばポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリカードネイト（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの高分子材料を例示することができる。樹脂フィルム（カバー３）は、高分子材料を２種以上組み合わせて形成することもできる。たとえば、例示した高分子材料のうちの２種以上をブレンドした材料を用いて樹脂フィルム（カバー３）を成形してもよいし、異なる高分子材料により形成されたフィルムまたはシートを張り合わせて樹脂フィルム（カバー３）としてもよい。
【００２４】
基板形成工程は、たとえば熱可塑剤樹脂を用いた射出成形により行われる。射出成形においては、金型の形状を工夫することにより、基板２に対して凹部２０を造り込むことができる。凹部２０は、レーザ加工やエッチング処理などを施すことにより形成することもできる。基板材料として、たとえばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリカードネイト（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの高分子材料を例示することができる。などの高分子材料を例示することができる。
【００２５】
親水処理工程は、凹部２０の内面に対して改質ガスを接触させて凹部２０の内面の性状を第１次的に改質する第１次改質作業と、凹部２０の内面の性状を第２次的に改質する第２次改質作業と、を含んでいる。
【００２６】
第１次改質作業は、たとえば図５に示したように、チャンバ５内に複数の基板２を収容した状態で行われる。チャンバ５内には、改質ガスをチャンバ５内に供給するための改質ガス供給用配管５０、およびチャンバ５内の気体を排出するためのパージ用配管５１が接続されている。
【００２７】
改質ガスとしては、たとえばフッ素ガスおよび酸素ガスを含んだものが使用される。この場合、フッ素ガスと酸素ガスの混合比は、たとえば容積を基準として、１：１０〜２０とされる。第１次改質作業においては、チャンバ５内は、たとえば改質ガスの分圧が１０〜２０００ｈＰａ、温度が０〜１００℃、より好ましくは改質ガスの分圧が１００〜１１００ｈＰａ、温度が０〜４０℃維持される。このような環境下において、基板２は、たとえば１〜６０分間改質ガスと接触させられる。これにより、基板２を構成する高分子鎖においては、側鎖や末端基に対してケトン基に結合した状態でフッ素原子が導入される。
【００２８】
一方、第２次改質作業は、たとえば凹部２０の内面に対して、水または水蒸気を接触させることにより行われる。これにより、先に導入されたフッ素原子が水酸基に置換されて高分子鎖にカルボキシル基が導入される結果、凹部２０の内面が親水化される。
【００２９】
凹部２０の内面と水または水蒸気との接触は、たとえば図６に示したようにチャンバ６内に基板２を収容した状態で、チャンバ６内に水や水蒸気を供給することにより行うことができる。もちろん、開放系において基板２に対して水や水蒸気を接触させてもよい。凹部２０の内面に対する水と接触は、図７に示したように、たとえば水７０を収容した容器７内に、基板２を浸漬することにより行ってもよい。また、第２次改質作業は、チャンバ６内の混合ガスと、空気とを置換することによって、空気中の水分を凹部２０の内面に接触させることにより行ってもよい。この場合の空気は、積極的に水分を含ませたものであっても、あるいは室内中の空気であってもよい。
【００３０】
接合工程は、たとえば図８に示したように基板２とカバー３との間に接合シート４を介在させ、接合シート４に対して押圧力を作用させることにより行われる。接合シート４としては、両面に接着性を有し、かつ基板２における試料導入口３０、試薬導入口３１および空気抜き穴３２に対応する部分に開口４０，４２が形成されたものが使用される。
【００３１】
本実施の形態の親水処理では、第１次改質作業が改質ガス（気体）を用いて行われ、第２次改質作業がたとえば水蒸気や水といった気体や液体を用いて行われる。これらの物質は、紫外線のように直進性はないため、凹部２０の内面に対して改質ガスや水蒸気などを適切に接触させることができる。その結果、凹部２０の内面の全体に対して適切に親水処理を施すことができるようになる。このような効果は、微細流路（凹部２０の断面積が小さい）を備えたマイクロデバイス１を製造する場合においても得ることができる。また、改質ガスあるいは水や水蒸気を供給する装置は、簡易な構成によって安価に構築することができるため、製造コスト的にも有利なものとなる。
【００３２】
もちろん、本発明は上述した実施の形態には限定されず、種々に設計変更が可能である。たとえば、親水処理工程は、基板に対してカバーを接合する前において、基板に対して行われていたが、親水処理工程を基板に対してカバーを接合した後に行ってもよい。その場合には、凹部の内面ばかりでなく、カバーにおける流路に臨む面についても同時に親水処理を施すことができる。
【００３３】
本発明の適用対象となるマイクロデバイスとしては、３液以上を混合するもの、複数の反応系を構築できるように複数の流路が形成されたもの、あるいは流路内に予め試薬を仕込んでおき、試料液のみを流路内に供給するように構成されたものを例示することができる。もちろん、光学的手法により試料の分析を行うように構成された分析用具に限らず、電気化学的手法により試料の分析を行うように構成された分析用具についても本発明を適用することができる。
【００３４】
複数の分析用具を同時的に製造する場合においても、本発明を適用することができる。たとえば、基板となるべき複数の要素が形成された板材を樹脂成形した後、この板材に対して親水処理を施すようにしてもよい。この場合には、板材に対して、カバーとなるべき複数の要素が形成された板材を接合した後、この接合体を切断することによって、複数の分析用具が同時的に製造される。
【００３５】
基板に対しては、予め貫通孔を形成した接合シートおよびカバーを積層していたが、貫通孔を形成していない接合シートおよびカバーを積層した後、カバーおよび接合シートに対して貫通孔を形成するようにしてもよい。
【００３６】
基板に対するカバーの接合は、必ずしも接合シートを用いて行う必要は無く、たとえば接着材を用いて接合を行ってもよいし、熱融着や超音波融着によって接合を行ってもよい。
【００３７】
本発明では、凹部の断面形状が矩形の場合に限らず、半円状や三角形などの矩形以外の断面形状を有する凹部に対しても、適切に親水処理を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造対象となるマイクロデバイスの一例を示す全体斜視図である。
【図２】図１のＩＩ‐ＩＩ線に沿う断面図およびその要部を拡大した断面図である。
【図３】マイクロデバイスのカバーを示す全体斜視図である。
【図４】マイクロデバイスの基板を示す全体斜視図である。
【図５】親水処理工程における第１次改質作業を説明するための断面図である。
【図６】親水処理工程における第２次改質作業を説明するための断面図である。
【図７】親水処理工程における第２次改質作業の他の例を説明するための断面図である。
【図８】接合工程を説明するための断面図である。
【図９】従来技術を説明するための分析用具の断面図である。
【図１０】従来技術を説明するための分析用具の断面図である。
【図１１】従来技術の親水処理方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１　分析用具
２　基板
２０　凹部
３　カバー
【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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