(57)【要約】【課題】疎水性の基板の上に光が当ると超親水性となる金属酸化膜で流路を形成することにより、微量な液体試料で分析ができ、かつ安価なマイクロ化学チップを提供する。【解決手段】疎水性材料からなる基板表面に紫外線が当ると超親水性となる金属酸化膜の流路パターンをインクジェットヘッド等にて形成し、そのパターンの一端に分析すべき液体試料の流入部を設け、他の一端に液体試料を分析する検出部を設けているので、流路に溝が無いので流動抵抗が少なく、流路に気泡が発生しにくい上に、溝が無いので微量な液体試料で分析が可能であり、かつ、溝を形成する複雑な製造プロセスが不要なので安価なマイクロマイクロ化学チップを提供することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
疎水性材料からなる基板と、
前記基板の表面に親水性からなるパターンと、
前記パターンの一端に分析すべき液体試料の流入部を設けるとともに他の一端に前記液体試料を分析するための反応層を設けたマイクロ化学チップ。
【請求項２】
前記パターンは、前記流入部から少なくとも１つ以上分岐する枝流路を持ち、この枝流路の末端に前記反応層を設けた請求項１に記載のマイクロ化学チップ。
【請求項３】
前記パターンは酸化チタンの薄膜で構成され、その上に前記反応層を設けた請求項１に記載のマイクロ化学チップ。
【請求項４】
前記反応層を前記基板上に設け、前記反応層の外周部を覆うように前記パターンを設けた請求項１および２に記載のマイクロ化学チップ。
【請求項５】
前記疎水性材料は、ポリカーボネード、ポリスチレン、ポリトリフルオロエチレン、ポリメタクリサンメチルの内、何れか一つから選ばれた材料から成る請求項１に記載のマイロ化学チップ。
【請求項６】
前記流入部を前記反応層よりも高い位置になるように前記基板に配置した請求項１に記載のマイロ化学チップ。
【請求項７】
疎水性を有する基板を準備する第１の工程と、
予め設定されたパターンの表面に親水性の材料を塗布してパターンを作成する第２の工程と、
前記パターンの一端に分析すべき液体試料を測定するための反応層を形成する第３の工程と、
からなるマイクロ化学チップの製造方法。
【請求項８】
前記疎水性を有する基板は、ポリカーボネード、ポリスチレン、ポリトリフルオロエチレン、ポリメタクリサンメチルの内、何れか一つから選ばれた材料から成る請求項７に記載のマイロ化学チップの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はパターン化された流路を有する化学チップにおいて、この流路パターンに液体試料を通し、流路の末端に配置した反応部で化学反応を行い、液体試料の分析を行う分析用チップに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体試料に関する分析技術において、ＤＮＡチップなどのような分析用チップ（マイクロ化学チップ）技術がある（例えば特許文献１を参照。）。分析用マイクロ化学チップは、チップ本体に微小な横断面の流路が形成され、この流路を形成する壁面に所定の化学物質と特異的に化学結合する物質（特異的結合物質）が固定されている。そして、その流路に液体試料を流通させて流路壁面の特異的結合物質上を通過させたり、特異的結合物質上で一旦停止させたりして液体試料と特異的結合物質とを接触させる。液体試料中に所定の化学物質（測定対象物）が含まれていれば、これを特異的結合物質の結合反応として検出できる。
【０００３】
このようなマイクロ化学チップにおいては、複数の流路を形成し夫々の流路に夫々異なった特異的結合物質を配置させることにより、一度に多数の測定対象物を検出することが出来る。
【０００４】
また、分析される液体試料中には、使用量が限られているものが多く、その使用量をできるだけ少量にとどめるため、小さいスリット形状の横断面を有する流路を備えたマイクロチャンネルチップが使用されている。つまり、流路の横断面をスリット形状にするとともに、流路断面積を微小にすることにより、液体試料が少量であっても一度の流通により比較的多数点の特異的結合物質と接触させて分析が効率的に行えるようになっている。
【０００５】
図７から図１０に、シリコンウェハ基板１に流路を設け、その流路壁面に所定の化学物質と特異的に化学結合する物質（特異的結合物質）が固定されている従来のマイクロ化学チップを示す。図７において、シリコンウェハ等からなるシリコンウェハ基板１にリソグラフィー技術を用いて、流路となる領域が露出するようにレジストパターン形成し、フッ酸、硝酸及び酢酸の混酸等のエッチング液を用いて露出したシリコンウェハ基板１をエッチングし、流路２となる幅及び深さが５００μｍ程度の溝をシリコンウェハ基板１を横断するように形成する。
【０００６】
流路２の所定の位置に液体試料の成分を検出する検出部３を形成し、この検出部３としてはアンペロメトリック型検出方式やポテンシオメトリック型検出方式の電気化学センサ等を使用することができる。アンペロメトリック型検出方式の酵素センサとしては、グルコース、乳酸、尿素、コレステロール、コリン、胆汁酸等の検出が可能なセンサがあり、また、ポテンシオメトリック型検出のイオン感受性電界効果型トランジスタを用いたセンサとしては、水素イオン濃度、ナトリウムイオン、カリウムイオン、塩素イオン等のイオン成分の測定が可能なセンサがある。
【０００７】
検出部３の形成方法には、検出部３を構成する電極の作用極４、配線５、電極パッド６を、白金をターゲット材としてスパッタリング法等により形成する。次に、検出部３となる領域以外をレジストで保護し、作用極４表面に結合層７を介して固定化酵素層８、制限透過層９を形成し、検出部３を形成する。結合層７は、作用極４と固定化酵素層８との密着性を向上させるために形成するものであり、固定化酵素層８は測定対象成分に応じて選択される酵素が固定化された層であり、また、制限透過層９は、液体試料を制限的に透過させる層である。
【０００８】
次に、検出部３をレジストで保護し、流路２の内面に光触媒機能を持った金属酸化膜１０を形成する。形成方法としては、金属酸化膜１０をターゲット材としたスパッタ法や、酸化物を分散させた無機バインダー溶液の溶液中に浸透する浸漬する方法、スピンコート法、あるいは、シリンジ等を用いて流路２内部に防汚処理層材料の容器を導入する方法等がある。この金属酸化膜１０により超親水性の機能が発揮され、流路２内での液体試料の移動が円滑になるため、液体試料の流路２内での停滞、若しくは流れの不均一による測定精度及び安定性が低下するといった問題を解決できる。
【０００９】
この光触媒機能を持つ金属酸化膜１０の材料としては、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、チタン酸ストロンチウム、三酸化タングステン、酸化第二鉄、三酸化二ビスマス、酸化スズ等を用いることができ、これら光触媒機能を有する物質を単体又は複数併用して金属酸化膜１０が形成される。なお、この金属酸化膜１０の厚さは、０．１μｍ以上、１０μｍ以下であることが望ましい。
【００１０】
検出部３を覆ったレジストを剥離した後、シリコンウェハ基板１表面に、予め流路２となる部分に金属酸化膜１０を形成したガラスウェハ１１等を、少なくとも流路２上面を覆うように被せて、これらを、陽極接合装置等を用いて接合することにより、バイオセンサ１２の主要部分が作製される。
【００１１】
このように微細加工技術を応用してシリコンウェハ基板１に直接、流路２となる溝を形成し、溝の所定の位置に検出部３を同様の微細加工技術を応用して一体的に形成した後、流路２内壁に光触媒機能を有する金属酸化膜１０を形成することにより、検出部３表面近傍での液体試料の流動状態を安定化することができ、薄型で、軽量、かつ測定精度の高いバイオセンサ１２を精密に形成することができ、測定精度及び測定安定性を向上させることができる。
【特許文献１】特開２００２−１７４６１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、前記従来の構成ではシリコンウェハ基板１にリソグラフィー技術を用いて微小な溝を持った流路２形成した後、流路２の溝の表面に紫外線が当ると超親水性となる金属酸化膜１０の薄膜を形成し、その流路２の所定の位置に液体試料の成分を検出する検出部３を形成している。すなわち、流路２の溝の全ての面に金属酸化膜１０を形成するため、その金属酸化膜１０の薄膜の厚さに差異が生じ易く、流路２は均一な親水性特性を得ることが難しい。また、流路２内部の全ての壁面に、均等に紫外線を照射する必要があるが、照射角度等を適切に調整しても均一な照射は難しい。従って、流路２内部の壁面の親水性特性は不均一となるため、流路２内の液体試料の流れが乱され、気泡が発生しやすく、かつ、一旦気泡が発生すると流路２内での抵抗が大きくなり、その気泡を除去するには、マイクロポンプ等の他の動力が必要となる等の問題があった。
【００１３】
さらに、リソグラフィー技術を利用して流路２の溝を形成する上に、流路２の４壁面を金属酸化膜の薄膜で覆うので製造プロセスが複雑となり価格が高くなる上に、流路２の溝に液体試料を流すので液体試料が多く必要となる等の課題を有していた。
【００１４】
本発明は、疎水性材料からなる基板表面に紫外線が当ると超親水性となる金属酸化膜の流路パターンを、インクジェットヘッド等にて形成することにより、流路の溝が無く、気泡が発生しにくい上に、少量の液体試料で安定した分析の測定が可能であり、かつ、複雑な溝形成工程のない安価なマイクロ化学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】
【００１５】
前記従来の課題を解決するために、本発明のマイクロ化学チップおよびその製造方法は、疎水性材料からなる基板と、前記基板の表面に親水性からなるパターンと、前記パターンの一端に分析すべき液体試料の流入部を設けるとともに他の一端に前記液体試料を分析するための反応層を設けた事を特徴とする。
【００１６】
さらに、本発明のマイクロ化学チップおよびその製造方法は、疎水性を有する基板を準備する第１の工程と、予め設定されたパターンの表面に親水性の材料を塗布してパターンを作成する第２の工程と、前記パターンの一端に分析すべき液体試料を測定するための反応層を形成する第３の工程と、からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のマイクロ化学チップは前記従来の課題を解決するもので、疎水性材料からなる基板表面に紫外線が当ると超親水性となる金属酸化膜の流路パターンをインクジェットヘッド等にて形成し、そのパターンの一端に分析すべき液体試料の流入部を設け、他の一端に液体試料を分析する検出部を設けているので、流路に溝が無いので流動抵抗が少なく、流路に気泡が発生しにくい上に、溝が無いので微量な液体試料で分析が可能であり、かつ、溝を形成する複雑な製造プロセスが不要なので安価なマイクロ化学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】
【００１８】
以下に、本発明のマイクロ化学チップ及びその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】
【００１９】
図１は、本発明の第１の実施例におけるマイクロ化学チップの断面図を示す。図２は第１の実施例におけるマイクロ化学チップのカバーの一部を取り除いた平面図であり、図３は第１の実施例におけるマイクロ化学チップの斜視図である。
【００２０】
図１、図２において、疎水性材料としてポリカーボネードからなる基板１３上に酸化チタンからなる金属酸化膜１０を形成する。なお、本発明の疎水性材料には、室温における水との接触角が４０以上の材料を使用すれば良い。例えば、ポリスチレン、ポリトリフルオロエチレン、ポリメタクリサンメチル等の樹脂や、ガラス表面にポリトリフルオロエチレン等の撥水性材料の薄膜をコートしたガラス基板が好適である。また、金属酸化膜１０には、酸化チタン以外にＧaＰ、ＧaＡs、ＣdＳ、ＺnＯ等が利用できる。
【００２１】
金属酸化膜１０の形成方法としては、バインダー溶液の溶液中に金属酸化膜１０の微細な粉を混ぜた溶液をインクジェットヘッド等にて、任意の形状を持った流路パターンの金属酸化膜１０を形成する。任意パターンの流路に形成した金属酸化膜１０を乾燥させることにより基板１３に金属酸化膜１０を密着させる。基板１３が高温に耐えられる材料の場合は、高温（１８０℃以下）にて焼き付けると密着性が向上する。
【００２２】
次に、金属酸化膜１０上に反応層１４を形成させるのであるが、反応層１４の形成方法としては、バインダー溶液の溶液中に反応試薬の粉末を混ぜた溶液をインクジェットヘッドにて形成する方法、スクリーン印刷によりペースト状の反応試薬を必要な箇所だけ形成する方法等がある。インクジェットヘッドあるいはスクリーン印刷等により形成された反応層１４を乾燥させることにより、反応層１４が金属酸化膜１０上に形成される。反応層１４の形態としては、反応層１４において液体試料と反応試薬が反応し蛍光色素を発光させる方式、電気化学反応により液体試料と反応試薬が電気化学反応を起こし、発生した電流を検出する方法等があるが、この実施例では蛍光色素を発光させる方法にて記載している。
【００２３】
金属酸化膜１０の形状としては、カバー１５に設けた液体試料の注入口１６の近傍は、液体試料が受け取り易いように注入口１６より大きい形状の受け皿１７を持ち、その受け皿部１７から主流路１８へと繋がっており、更に分岐流路１９を経て、終端流路２０へと繋がっている。その終端流路２０の位置に反応層１４を形成している。また、金属酸化膜１０は光触媒作用により、紫外線が照射されると超親水性となる材料にて形成されており、その材料としては、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛等がある。注入口１６を持ったカバー１５は外周部が凸形状で外周部の内側は凹形状をしており、外周部の凸部を接着等にて基板１３に固定する。反応層１４において液体試料と反応試薬の反応により発光する蛍光色が検出できるよう、カバー１５はアクリル等の透明樹脂で構成されている。
【００２４】
マイクロ化学チップ２１にて液体試料を反応層１４に搬送させるには、金属酸化膜１０を超親水性にする必要があるので、液体試料をマイクロ化学チップ２１に点着させる前に、紫外線を発光する光源にてマイクロ化学チップ２１を照射し、金属酸化膜１０を超親水性にした後、液体試料をマイクロ化学チップ２１の注入口１６より点着することにより、液体試料は超親水性の受け皿部１７、主流路１８、分岐流路１９を経て終端流路２０に到達し、反応層１４の反応試薬と反応し、液体試料の成分を検出することができる。
【００２５】
反応層１４には複数の反応層Ａ１４ａ、反応層Ｂ１４ｂ、反応層Ｃ１４ｃがあり、液体試料の成分と反応試薬が反応した場合異なった蛍光色を発光するので、その発光色を識別することにより、液体試料に含まれている成分を検出することができる。
【００２６】
以上のように疎水性材料からなる基板１３の表面に紫外線が当ると超親水性となる金属酸化膜１０の流路パターンをインクジェットヘッド等にて形成し、そのパターンの一端に分析すべき液体試料の流入部を設け、他の一端に液体試料を分析する検出部を設けているので、流路に溝が無いので流動抵抗が少なく流路に気泡が発生しにくい上に、溝が無いので微量な液体試料で分析が可能であり、かつ、溝を形成する複雑な製造プロセスが不要なので安価なマイクロ化学チップを提供することができる。
【００２７】
図４は、本発明の第２の実施例におけるマイクロ化学チップの断面図を示す。実施例１の構成と異なるところは、反応層１４の外周部を金属酸化膜１０のパターン流路の終端流路２０で覆っていることである。反応層１４の箇所は金属酸化膜１０により流路パターンを形成しないようにした後、金属酸化膜１０が形成されていない反応層１４の箇所に、インクジェットヘッドあるいはスクリーン印刷等にて反応層１４を形成する。先に反応層１４を形成した後、金属酸化膜１０を形成しても同様であることはいうまでもない。
【００２８】
以上のように基板１３に反応層１４を形成するので、金属酸化膜１０に対して反応層１４の密着性が悪い場合等には、密着性が向上し安定性のよいマイクロ化学チップを提供することができる。
【００２９】
図５は、本発明の第３の実施例におけるマイクロ化学チップの断面図を示す。実施例１の構成と異なるところは、反応層１４をインクジェットヘッドあるいはスクリーン印刷等にて形成した後に、インクジェットヘッドあるいはスクリーン印刷等にて反応層１４の外周部を覆うように金属酸化膜１０を形成したものである。そうすることにより、液体試料が反応層１４に到達したときに、液体試料が反応層１４に入り込み易くなる効果がある。また、実施例２の場合同様に、基板１３に反応層１４を形成するので、金属酸化膜１０に対して反応層１４の密着性が悪い場合等には、密着性が向上し安定性のよいマイクロ化学チップを提供することができる。
【００３０】
図６は、本発明の第４の実施例におけるマイクロ化学チップの断面図を示す。実施例１の構成と異なるところは、反応層１４に対して液体試料注入口１６側を高くし傾斜をつけるように基板１３の液体試料注入口１６側に突起部２２を設けたものである。そうすることにより、液体試料を注入口１６から金属酸化膜１０に点着させると、液体試料はスムーズに終端流路２０を経て反応層１４に到達するので、液体試料が金属酸化膜１０の途中流路の主流路１８、分岐流路１９に滞ることが少なくなり、少量の液体試料で分析が可能なマイクロ化学チップを提供することができる。
【００３１】
本発明のマイクロ化学チップの製造方法を以下に説明する。疎水性からなる基板１３を洗浄した後乾燥させ、その基板１３の表面に光触媒作用を持ったゾル状の酸化チタンをインクジェットヘッド、あるいはスクリーン印刷等にて印刷し乾燥させた後、ゾル状の反応層１４をインクジェットヘッド、あるいはスクリーン印刷等により、所定の位置に形成し乾燥させた後、透光性のある材料で構成され外周部は凸、外周部の内側は凹形状であり、表面の一端は液体試料を注入させるための孔を設けたカバー１５の外周部と基板１３に接着等にて固定しマイクロ化学チップを製作する。そうすることにより、流路に溝が無いので流動抵抗が少なく、流路に気泡が発生しにくい上に、溝が無いので微量な液体試料で分析が可能であり、かつ、溝を形成する複雑な製造プロセスが不要なので安価なマイクロ化学チップを提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明に掛かるマイクロ化学チップおよびその製造方法は、疎水性材料からなる基板表面に紫外線が当ると超親水性となる金属酸化膜の流路パターンをインクジェットヘッド等にて形成し、そのパターンの一端に分析すべき液体試料の流入部を設け、他の一端に液体試料を分析する検出部を設けているので、流路に溝が無いので流動抵抗が少なく流路に気泡が発生しにくい上に、溝が無いので微量な液体試料で分析が可能であり、かつ、溝を形成する複雑な製造プロセスが不要なので安価なマイクロ化学チップ等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施例１におけるマイクロ化学チップの断面図
【図２】本発明の実施例１におけるマイクロ化学チップのカバーの一部を取り除いた平面図
【図３】本発明の実施例１におけるマイクロ化学チップの斜視図
【図４】本発明の実施例２におけるマイクロ化学チップの断面図
【図５】本発明の実施例３におけるマイクロ化学チップの断面図
【図６】本発明の実施例４におけるマイクロ化学チップの断面図
【図７】従来のマイクロ化学チップの平面図
【図８】従来のマイクロ化学チップの流路に垂直な方向の断面図
【図９】従来のマイクロ化学チップの流路に平行な方向の断面図
【図１０】従来のマイクロ化学チップの検出部の断面図
【符号の説明】
【００３４】
１  シリコンウェハ
２  流路
３  検出部
４  作用極
５  配線
６  電極パッド
７  結合層
８  固定化酵素層
９  制限透過層
１０  金属酸化膜
１１  ガラスウェハ
１２  バイオセンサ
１３  基板
１４  反応層
１４ａ  反応層Ａ
１４ｂ  反応層Ｂ
１４ｃ  反応層Ｃ
１５  カバー
１６  注入口
１７  受け皿部
１８  主流路
１９  分岐流路
２０  終端流路
２１  マイクロ化学チップ
２２  突起部
【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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