(57)【要約】【課題】  生体関連物質等の液体試料を保持するために凹部アレイ基板の複数の凹部開口を同時に微妙な位置調整を行わずに封じることが可能で、かつ振動に対しても耐性のある凹部アレイ基板用蓋材および蓋付き凹部アレイ基板を提供する。【解決手段】  平板状部材１０の表面に凹部アレイ基板１００の凹部４０の位置に合致するように凸部３０が配列形成され、隣り合うこれらの凸部間には同一平面上にある平坦面３２が存在し、凸部は、この平坦面に平行な断面の形状がこの平坦面から頂部３４に向かって凹部開口の形状と相似形を保ちつつその面積が漸減する部分を有するような形状とし、かつこの部分内に凹部開口の形状と合同な形状の断面が存在するようにする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状基板の表面に凹部を複数、配列形成した凹部アレイ基板における各凹部に貯留された液体が、外部に流出または放散されないように該凹部の開口を密封する凹部アレイ基板用蓋材であって、平板状部材の表面に前記凹部の位置に合致するように凸部が配列形成され、隣り合う該凸部間には同一平面上にある平坦面が存在し、該凸部は、該平坦面に平行な断面の形状が該平坦面から頂部へ向かって前記凹部開口の形状と相似形を保ちつつその面積が漸減する部分を有し、かつ該部分内に前記凹部開口の形状と合同な形状の断面が存在することを特徴とする凹部アレイ基板用蓋材。
【請求項２】
前記凸部は前記平坦面に平行な平面状頂部を有することを特徴とする請求項１に記載の凹部アレイ基板用蓋材。
【請求項３】
前記凸部の前記平坦面に垂直な断面形状が、該平坦面に対応する線分に接する円弧部分を有することを特徴とする請求項２に記載の凹部アレイ基板用蓋材。
【請求項４】
前記凸部の前記平坦面に垂直な断面において、該平坦面に対応する線分と前記凸部側面に対応する円弧とが接する点から前記凸部の頂部平面に対応する線分の延長線に下ろした垂線の足をＯをとし、前記凹部開口の形状と合同となる前記凸部間平坦面に平行な凸部断面に対応する線分と前記円弧との交点をＡとしたとき、直線ＯＡと、前記凸部の頂部平面に対応する線分の延長線とがなす角が２０°〜６０°の範囲にあることを特徴とする請求項３に記載の凹部アレイ基板用蓋材。
【請求項５】
前記凹部に貯留した液体から発せられる波長３００〜８００ｎｍの蛍光を８０％以上透過する透明材料で形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の凹部アレイ基板用蓋材。
【請求項６】
請求項５に記載の凹部アレイ基板用蓋材が凹部アレイの開口を封じた蓋付き凹部アレイ基板において、前記蓋材の凸部の頂部平面が凹部アレイの各凹部の深さの１／１０〜１／２の位置にあることを特徴とする蓋付き凹部アレイ基板。
【請求項７】
平板状基板の表面に複数の凹部を配列形成した凹部アレイ基板の該凹部に保持された液体が外部に流出または放散されないように該凹部開口を密封する凹部アレイ基板用蓋材の製造方法であって、平板状部材の表面の、前記凹部の配列位置に対応した位置に、該凹部開口の形状と相似形状のマスクを形成し、該マスクを介して前記平板状部材を液相エッチングすることを特徴とする凹部アレイ基板用蓋材の製造方法。
【請求項８】
平板状基板の表面に複数の凹部を配列形成した凹部アレイ基板の該凹部に保持された液体が外部に流出または放散されないように該凹部開口を密封する凹部アレイ基板用蓋材の製造方法であって、所望の蓋材の形状を有する成形型を基板上に塗布した流動性を有する成形材料に押し当て、該成形材料を硬化させたのち、離型して転写型を形成し、該転写型に流動性を有する成形材料を充填し、これに平板状基板を押し当て、該成形材料を硬化させたのち、離型することを特徴とする凹部アレイ基板用蓋材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生命科学、生物化学などの分野で分析用液体試料などを貯留するために用いられるアレイ状に微細な凹部を配列した基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
生命科学、生物化学などの分野では、細胞が発する蛍光を用いて分析が行われるが、その際、基板表面に形成した微細な凹部に細胞液と蛍光試薬を滴下して蛍光を観察することが行われている。多数の試料を迅速に分析するためには、基板上に多数の凹部をアレイ状に配列した部材が有用である。これらは通常、小片であるのでケミカルチップ、バイオチップ、ＤＮＡチップなどと呼ばれているが、以下ではこれらを総称して凹部アレイ基板という。
【０００３】
このような蛍光観察の際、従来は試料液体の揮発を防ぐため、ガラス板を凹部アレイ基板の表面に被せ保護カバーとするか、あるいは凹部それぞれにオイルを滴下する手段が用いられている（例えば、非特許文献１参照）。
【非特許文献１】ヒデノリ・ナガイ(Hidenori.Nagai)、外４名、”Develoment of a Microchamber Array for Picoliter PCR”、アナリティカル・ケミストリー(Analytical Chemistry)、（米国）、アメリカン・ケミカル・ソサエティ(American Chemical Society)、2001年、第73巻、ｐ1043-1047
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来から用いられてきた手段は振動に弱く、試料液の揮発が防げないという問題があった。その理由を以下に記す。
（１）ガラス板を保護カバーとして凹部アレイ基板に載せた場合、適当な固定手段がなく、わずかな振動で蓋となるガラス板がずれてしまい、凹部内の試料液体が凹部外にもれてしまうという問題があった。
【０００５】
また、振動時に凹部内の試料の液面が上下に動き、凹部の開口面に達する場合がある。その場合、蓋としたガラス板と凹部アレイ基板表面の間での毛細管現象のため、試料液体がガラス板と凹部アレイ基板の隙間に入って広がってしまうことが問題となっていた。
【０００６】
（２）オイルを個々の凹部に滴下する方法では、滴下したオイルが揺れによって、凹部から出てしまうことがある。また、凹部が微細であるので、一つ一つの凹部にオイルを滴下する作業に相当の時間を要するという問題があった。
【０００７】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、凹部アレイ基板の複数の凹部開口を同時に微妙な位置調整を行わずに封じることが可能で、かつ振動に対しても耐性のある凹部アレイ基板用蓋材および蓋付き凹部アレイ基板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】
【０００８】
上記の目的を達成するべくなされた本発明の構成は以下の通りである。
（１）本発明の凹部アレイ基板用蓋材は、平板状基板の表面に凹部を複数、配列形成した凹部アレイ基板における各凹部に貯留された液体が、外部に流出または放散されないように凹部の開口を密封する部材である。平板状部材の表面に凹部アレイ基板の凹部の位置に合致するように凸部が配列形成され、隣り合うこれらの凸部間には同一平面上にある平坦面が存在し、凸部は、この平坦面に平行な断面の形状がこの平坦面から頂部に向かって凹部開口の形状と相似形を保ちつつその面積が漸減する部分を有するような形状とし、かつこの部分内に凹部開口の形状と合同な形状の断面が存在するようにする。
【０００９】
上記の通り「平坦面に平行な断面の形状がこの平坦面から離れるにしたがって凹部開口の形状と相似形を保ちつつその面積が漸減する」という特徴を有するため、凸部の頂部は凹部アレイ基板の凹部開口より小さい。このため蓋材を手で持ち、凸部が凹部アレイ基板の凹部開口に入るように目視で簡単に調節するだけで、手を離したときに蓋材の各凸部が各凹部開口に滑り込ませることができる。さらにこの凸部には「凹部開口の形状と合同な形状の断面が存在」するため、凸部の側面が凹部開口の縁に接したところで密着し、自動的に位置合わせされる。
【００１０】
しかも一旦密着すると凸部と凹部が嵌合された状態となり、かなりの振動、衝撃が加わっても容易に蓋材が外れることがない。
したがって凹部アレイ基板の複数の微細な凹部開口を同時に微妙な位置調整を行わずに封じることが可能で、かつ振動に対しても耐性のある凹部アレイ基板用蓋材が提供できる。
【００１１】
（２）蓋材の凸部は凸部間の平坦面に平行な平面状頂部を有することが望ましい。
このような凸部の形状を採用することにより凸部の高さを低く抑えることができ、蓋を被せた状態で凹部内に残る空間を大きくすることができるため、貯留する試料液体の量を増やすことができる。
【００１２】
（３）凸部の、凸部間平坦面に垂直な断面形状が、この平坦面に対応する線分に接する円弧部分を有することが望ましい。
このような断面形状とすることにより、凸部側面の傾斜が凸部の頂部に近づくに従って急になるため、凸部を凹部内に落とし込みやすく、また安定して凹部開口に密着させやすくなる。
【００１３】
（４）上記凸部の、凸部間平坦面に垂直な断面において、この平坦面に対応する線分と凸部側面に対応する円弧とが接する点から凸部の頂部平面に対応する線分の延長線に下ろした垂線の足をＯをとし、凹部開口の形状と合同となる凸部間平坦面に平行な凸部断面に対応する線分と上記の円弧との交点をＡとしたとき、直線ＯＡと、凸部の頂部平面に対応する線分の延長線とがなす角を２０°〜６０°の範囲とすることが望ましい。
このような形状とすることにより、蓋材の凸部を凹部開口に密着させた際に、基板面に平行方向の振動を与えても蓋材が凹部からはずれにくくすることができる。
【００１４】
（５）蓋材の少なくとも凸部部分は、凹部に貯留した液体から発せられる波長３００〜８００ｎｍの蛍光を８０％以上透過する透明材料で形成されていることが望ましい。
このような材料を使用することにより試料液体が発する蛍光が微弱であっても検出することが可能となる。
【００１５】
（６）上記の凹部アレイ基板用蓋材が凹部アレイの開口を封じた蓋付き凹部アレイ基板においては、蓋材の凸部の頂部平面が凹部アレイの各凹部の深さの１／１０〜１／２の位置にあることが望ましい。
これにより基板面に垂直方向の振動を与えても凸部が凹部から外れにくくすることができ、かつ蓋を被せた状態で凹部内に残る空間を十分残すことができる。
【００１６】
（７）本発明の凹部アレイ基板用蓋材は、平板状部材の表面の、凹部の配列位置に対応した位置に、凹部開口の形状と相似形状のマスクを形成し、このマスクを介して平板状部材を液相エッチングする方法によって製造する。
液相エッチングにより等方的なエッチングを行うことにより、凸部側面を円弧状にするなど望ましい形状を形成することができる。
【００１７】
（８）本発明の凹部アレイ基板用蓋材は、所望の蓋材の形状を有する成形型を基板上に塗布した流動性を有する成形材料に押し当て、成形材料を硬化させたのち、離型して転写型を形成し、この転写型に流動性を有する成形材料を充填し、これに平板状基板を押し当て、成形材料を硬化させたのち、離型する方法によっても製造することができる。
この方法によれば蓋材を容易に大量に生産することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、微細な凹部が複数配列された凹部アレイ基板に対し、簡単な位置調整で容易に各凹部を同時に密封することのできる凹部アレイ基板用蓋材を提供することができる。
本発明の蓋材は凹部開口に対する密着性がよく、振動によって容易に外れることがないため、凹部内の試料液体の流出、蒸発を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の凹部アレイ基板用蓋材１００は、図１に示すような凹部アレイ基板２００に対して用いる。凹部アレイ基板２００は図１（ｂ）に示すように、平板状石英ガラス基板２０の表面に複数の凹部４０が形成されている。凹部４０の開口形状は本実施例では１辺が０．６５ｍｍの正方形である。ただし開口形状は正方形にとくに限定されない。他の形状としては１辺が０．０５〜１ｍｍの多角形（六角形等）や直径が０．１〜１ｍｍの円形などが例示できる。
また凹部の配列は図示するように２次元正方配列としたが、これに限られない。また一基板上に設ける凹部の数にもとくに限定はない。
【００２０】
本発明の蓋材１００は、図１（ａ）に示すように、平板状石英ガラス基板１０の表面に、凹部アレイ基板２００の凹部４０の配列位置に一致するように複数の凸部３０を配列形成したものである。図１（ａ）に示される蓋材１００を上下反転させ、各凸部３０を図１（ｂ）に示す凹部アレイ基板２００の各凹部４０内に嵌合するように挿入して使用する。
【００２１】
図２は凹部アレイ基板２００とこれに被せる蓋材１００の一部の断面図である。凹部４０の側面４２は図示するように基板表面のほぼ垂直であることが望ましいが、開口部に比べて底面がやや小さくなるように傾斜していてもよい。蓋材１００の隣り合う凸部３０間には同一平面上にある平坦面３２が存在し、頂部３４はこの平坦面３２に平行な平面となっている。凸部３０は、この平坦面３２に平行な断面の形状がこの平坦面から頂部へ向かって凹部開口の形状と相似形を保ちつつその面積が漸減する部分を有する。しかもこの部分内に凹部開口の形状と合同な形状の断面３６が存在するようにする。
【００２２】
本実施例では、凸部３０の、平坦面３２に平行な断面の形状が凹部開口と相似な正方形であり、平坦面から頂部へ向かってその面積が漸減し、その間に凹部開口の正方形と合同な正方形の断面３６が存在している。
【００２３】
上記のような凸部３０を蓋材として用いると、図２（ｂ）に示すように平坦面３２に平行な断面が凹部アレイ基板２００の凹部開口の形状と合同な形状であるところで凹部開口の縁４４と密着し、試料液体５０が漏出するのを防止することができる。
【００２４】
本発明の蓋材の凸部形状は特別な調整を行わずに目視で蓋材を凹部アレイ基板に被せることができるように工夫されている。もっとも望ましい凸部の形態について図３の断面図を用いて説明する。
【００２５】
凸部の典型的な形態の例としては、図３（ａ）に示すように、頂部の角が丸みを帯び、側面は平坦面と垂直に近い角度をもって交わっているような形状の凸部６０の場合には、頂部の角の丸みのため、対応する凹部４０の開口部へ挿入する際、図のように位置がずれると、ずれたまま動きづらく、自動的に凹部内に落ち込みにくい。
【００２６】
これに対し、図３（ｂ）に示すように、凸部７０の側面７３は平坦面７２と曲面で滑らかに接続され、一方頂部７４は平面となっていて、側面７３とこの平面は垂直に近い角度で交わっている。この場合は図示するように蓋材を凹部４０に被せる際、多少の位置ずれが生じても、蓋材を離すと自動的に開口部を閉じるまで凸部７０の側面に沿って蓋材が凹部４０内に落ち込む。そして位置ずれに対する許容幅は同図のｘの範囲となる。
【００２７】
一方、図３（ｃ）に示すような凸部８０の形態の場合には、図３（ｂ）の形態と同様に自動的に落ち込ませることができるが、位置ずれの許容幅ｙが図３（ｂ）のｘと比べて、極端に狭くなる。これは凸部８０の側面８３の傾斜が急で、凸部の頂部の面積が凹部開口の面積に比べてそれほど小さくないことに起因している。
以上のことから図３（ｂ）に示すような形態の凸部が蓋材の取り扱い上優れていることがわかる。
【００２８】
この望ましい凸部の形態についてさらに詳細に説明する。図４に凹部アレイ基板の凹部４０に本発明の蓋材の凸部３０が正しく嵌合した状態の平面図を図４（ａ）に、また凹部開口の正方形の１辺（長さａ）に平行（Ｘ−Ｘ’方向）で基板面に垂直な方向の断面図を図４（ｂ）に示す。本実施例の凹部開口はａ＝６５０μｍとし、その深さはＳ＝２００μｍとした。凸部３０の側面は半径ｒの円弧状であり、頂部は平面（１辺の長さｂの正方形）になっている。本実施例ではｂ＝６２３μｍとし、ｒは約１００μｍとした。断面図上で凸部間平坦面に対応する線分ｌと凸部側面に対応する円弧ｃとが接する点Ｂから凸部の頂部の平面に対応する線分ｍの延長線に下ろした垂線ｈの足をＯをとし、凹部開口の形状と合同となる凸部間平坦面に平行な凸部断面に対応する線分ｎと上記の円弧ｃとの交点をＡとしたとき、直線ＯＡと、凸部３０の頂部３４平面に対応する線分ｍの延長線とがなす角θは本実施例では約３０°である。
【００２９】
このθは２０°〜６０°の範囲とすることが望ましい。θが２０°より小さいと凸部の凹部内に入る部分が少なく、振動によって外れやすくなる。また蓋材の頂部の面積が凹部開口の面積に近くなり、位置ずれに対する許容幅が小さくなる。一方、θが６０°より大きいと、位置ずれに対する許容幅は大きくなるが、凸部の凹部内に入る部分が多くなるため、凹部の深さを大きくする必要が出てくる。微細な凹部を深く加工することは必ずしも容易でない。
【００３０】
以上のようにθを２０°〜６０°とすることにより、蓋材の凸部を凹部開口に密着させた際に、基板面に平行方向の振動を与えても蓋材が凹部からはずれにくくすることができ、また蓋材を被せる際の位置合わせも容易にすることができる。
【００３１】
なお、本実施例ではｒが約１００μｍでθが約３０°であるから図４（ｂ）のｄは約５０μｍとなる。すなわち、蓋材の頂部は凹部アレイの表面から凹部内に約５０μｍ浸入した位置に固定されていることになる。凹部の深さｓ＝２００μｍであるから、蓋材が凹部アレイの開口を封じた状態においては、蓋材の凸部の頂部平面が凹部アレイの各凹部の深さｓの１／４の位置にあることになる。この浸入深さｄは凹部の深さｓの１／１０〜１／２であることが望ましい。すなわち、図４において凸部の浸入深さｄがｓ／１０≦ｄ≦ｓ／２の範囲にあることが望ましい。このような条件範囲であれば、基板面に垂直方向の振動を与えても凸部が凹部から外れにくくすることができ、かつ蓋を被せた状態で凹部内に残る空間を十分残すことができる。
【００３２】
なお、上記の説明は凹部開口が正方形の場合について説明したが、他の形状の場合であっても同様に考えることができる。例えば円形凹部の場合は円の直径をａとみなせば、上記と同様に考えることができる。
【００３３】
つぎに本発明の蓋材の製造方法について説明する。基本的な工程は、ガラス基板表面に所定形状のマスクを設け、液相エッチングを行うというものである。エッチング後、マスクで保護された部位は凸形状となるので、本発明の蓋材として使用できる。
【００３４】
以下、図５を用いて作製手順を説明する。作製手順はつぎの通りである。
（１）平板状の石英ガラス基板９０上にＣｒとＡｕの金属膜９２、９４を順に真空蒸着により成膜する。
（２）金属膜を成膜後、レジスト９６をスピンコート法により塗布し、プリベークを行う（図５（ａ））。
（３）製作する蓋材を使用する凹部アレイ基板の凹部開口と相似形で開口部より一定の比率で縮尺されたパターンをマスク９８として、紫外光９９を照射することによってレジストを露光し、現像する（図５（ｂ））。
【００３５】
（４）レジストが除去された部分のＣｒとＡｕの金属膜９２、９４を各々のエッチング液によって順に除去し、ガラス基板９０の表面９１を露出させる（図５（ｃ））。
（５）フッ化水素酸（ＨＦ）水溶液によりガラス基板表面をエッチングする（図５（ｄ））。
（６）レジスト、ＣｒおよびＡｕの金属膜を剥離して蓋材１１０を得る（図５（ｅ））。
【００３６】
石英ガラスはＨＦ水溶液により等方的にエッチングされるので、レジスト開口の境界部分は深さ方向に向かって球面状になり、本発明における蓋材の凸部形状が作製できる。
【００３７】
また上記蓋材は石英ガラス製であるから、波長３００〜８００ｎｍの光に対して透明で透過率は８０％以上である。このため蓋材を被せたまま、蓋材を透過させて上記波長範囲内の励起光を照射し、凹部に貯留した液体から発せられる蛍光を効率よく観測できる。ただし、ガラス材料は石英ガラスに限られない。使用する光の波長を透過するものであれば使用することができる。
【００３８】
しかし同一形状の蓋材を複数作製するためには、１枚ごとに上記の工程を繰り返す必要があり煩雑である。そこで、上記工程で作製した蓋材を成形型として使用し、これを２回転写することにより、複数枚の蓋材を作製することが望ましい。
【００３９】
以下にその工程を図６を用いて説明する。
（ａ）例えば上記の工程で作製した蓋材と実質的に同一な形状を有する成形型３００に紫外線硬化樹脂３１４を滴下する（図６（ａ））。
（ｂ）ガラス基板３１２表面は紫外線硬化樹脂との親和性をよくするため、プライマーで処理する。
（ｃ）ガラス基板３１２を紫外線硬化樹脂３１４に被せ押圧する。
（ｄ）押圧したまま５分間保持したのち、紫外線ランプにより紫外光３２０を２分３０秒間照射する（図６（ｂ））。
（ｅ）紫外線硬化樹脂が硬化した後、離型する（図６（ｃ））。
（ｆ）成形型３００の形状が転写された紫外線硬化樹脂３２４をガラス基板３１２とともに熱処理する。
（ｇ）このガラス基板上の硬化した紫外線硬化樹脂を転写型３３０として用い、（ａ）〜（ｆ）の工程を繰り返すことにより、蓋材が形成できる。
【００４０】
上記の成形法によって作製した転写型も複数回使用できるため、多数の蓋材を作製する場合には、この工程を繰り返せばよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の凹部アレイ基板用蓋材の斜視模式図である。
【図２】凹部アレイ基板用蓋材の断面模式図である。
【図３】本発明の凹部アレイ基板用蓋材の形状の特徴を説明する図である。
【図４】本発明の凹部アレイ基板用蓋材の形状の詳細を示す図である。
【図５】凹部アレイ基板用蓋材のエッチングによる製造工程を示す図である。
【図６】凹部アレイ基板用蓋材の成形による製造工程を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０、２０  平板状基板
３０、６０、７０、８０  凸部
３２  平坦面
３４  頂部
４０  凹部
１００  凹部アレイ基板用蓋材
２００  凹部アレイ基板
【図１】
2005345203.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005345203.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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