(57)【要約】      （修正有）【課題】簡便な構成で、高感度な検出が可能な流路デバイスを提供する。【解決手段】流路１０４を流れる試料に照射される励起光１４の光路上かつマイクロ流路チップ１１上に、屈折または回折の作用によって励起光１４の進行方向を変える偏向手段を形成し、励起光１４の照射効率を向上させる。【選択図】図１
2016200504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路を有する流路デバイスであって、照射光を前記流路に向かって偏向させる偏向手段が前記流路の近傍に設けられていることを特徴とする流路デバイス。
【請求項２】
前記流路デバイスは、前記流路を照射する光が入射する入射面を有しており、前記偏向手段が前記入射面に、あるいは前記流路より前記入射面側に、設けられている請求項１に記載の流路デバイス。
【請求項３】
前記偏向手段が、前記流路に照射される光の光源と流路を結ぶ直線上からずれた位置に設けられている請求項１または２に記載の流路デバイス。
【請求項４】
複数の前記流路が互いに離間して配置されており、前記偏向手段が、隣接する２つの前記流路と略等しい距離となる位置に設けられている請求項１から３のいずれか１項に記載の流路デバイス。
【請求項５】
前記偏向手段が、マイクロ流路を有するチップ形状のマイクロ流路チップである請求項１から４のいずれか１項に記載の流路デバイス。
【請求項６】
前記偏向手段が回折格子である請求項１から５のいずれか１項に記載の流路デバイス。
【請求項７】
前記偏向手段が曲面を有する溝である請求項１から５のいずれか１項に記載の流路デバイス。
【請求項８】
前記流路デバイスの一部または全部が、光透過性の部材で構成されている請求項１から７のいずれか１項に記載の流路デバイス。
【請求項９】
前記偏向手段が、前記流路の長手方向に沿って平行に配置されている請求項１から７のいずれか１項に記載の流路デバイス。
【請求項１０】
第１基板の一方の面に流路となる溝を形成する工程と、前記第１基板のもう一方の面に偏向手段を形成する工程と、前記第１基板の流路形成面と第２基板とを貼り合わせる接合工程と、を有する流路デバイスの製造方法。
【請求項１１】
第１基板の一方の面に流路となる溝を形成する工程と、第２基板の一方の面に偏向手段を形成する工程と、前記第１基板の前記流路が形成された面と第２基板の前記偏向手段が形成されていない面とを貼り合わせる接合工程と、を有する流路デバイスの製造方法。
【請求項１２】
請求項１から８に記載の流路デバイスと、
前記流路デバイスに光を照射するための光源と、
前記光源からの光の照射により前記流路デバイスから発生する光を検出するための光検出部と、
を有し、前記流路内の試料を分析する試料分析システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流路を有する流路デバイスおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
少量の試料をマイクロ流路内で反応させ、その反応を光学的手段を用いて分析する試みが多くなされている。光学的手段の一例として、試料からの蛍光を取得するものが挙げられ、これにより試料の特性を判断することが可能である。具体的には、マイクロ流路内の試料にＬＥＤやレーザなどの光源から発せられる光を照射し、励起された試料から出る蛍光をＣＣＤなどの受光素子により検出し、検出結果を分析することで試料の判定をすることが可能となる。
【０００３】
試料から発せられる蛍光を選択的に検出するために、受光素子の前に励起光を除去するための波長フィルタを挿入し、励起光の迷光によるノイズを低減することが行われる。しかし励起光と蛍光の波長範囲が重なっている場合、十分に迷光を除去することができずノイズが大きくなってしまうという課題がある。
【０００４】
これを解決するために、特許文献１においては、流路の直下にマイクロレンズを形成し、蛍光を受光素子に集光することで検出感度の向上を図っている。しかし受光素子とマイクロ流路チップの位置合わせを高精度に行う必要があり、蛍光を適切に受光素子に集光することが難しい。また蛍光とともに励起光の迷光も同時に受光素子に集光してしまうため、検出感度は向上するもののノイズの低減には貢献しないという問題もある。
【０００５】
また特許文献２においては、回折格子を励起光の光路上に挿入するものであるが、マイクロ流路チップとは別のユニットを形成したのちに組み合わせるものである。組み立ての際には、回折された励起光がマイクロ流路に照射されるように互いを精度良く配置しなければならないため、回折格子とマイクロ流路チップの精密な位置合わせが必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１８９２９２号公報
【特許文献２】特開２００２−７２１４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述の課題に鑑み、簡便な構成で、高感度な検出が可能な流路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】
【０００８】
本発明は、流路を有する流路デバイスであって、照射光を前記流路に向かって偏向させる偏向手段が前記流路デバイスの前記流路の近傍に設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、試料への励起光の照射効率を向上させることができ、試料に照射される励起光が増大することで蛍光強度を向上させることができる。また流路デバイス全体に照射される励起光強度の総量を増やすことなく試料への光照射量が増大するため、迷光によるノイズ量は増加しない。この結果、従来よりも蛍光観察のＳ／Ｎ比が向上し、高感度な検出が可能な流路デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る流路デバイスを用いた蛍光観察系の概略を示した斜視図である。
【図２】本発明に係る流路デバイスの流路幅方向の断面図である。
【図３】本発明に係る流路デバイスの流路長手方向断面図である。
【図４】本発明に係る流路デバイスの上面図である。
【図５】本発明の第一に実施例における流路デバイスの流路幅方向の断面図である。
【図６】本発明の第二の実施例における流路デバイスの流路長手方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、実施の形態を用いて本発明を詳細に説明する。
【００１２】
（流路デバイスおよび試料分析システム）
図１は本発明の実施形態の一例である流路デバイスを含む試料分析システムの構成を示したものである。光源１２から発せられた励起光１４が流路デバイス１１の励起光照射領域１０５に照射される。照射された励起光１４は励起光照射領域１０５を有する流路デバイス１１の入射面を透過し、流路１０４内に導かれる。導かれた励起光１４により流路１０４内の試料が励起され、発生した蛍光を光検出部１３により検出することで、試料の判定などの分析をおこなう。
【００１３】
図２は本発明の実施形態の一例である流路デバイスの流路幅方向の断面を示す模式図、図３は同流路デバイスの長手方向の断面を示す模式図、図４は上面の模式図である。流路デバイス１１は、蓋基板１０１と溝が形成された流路溝基板１０２が接合されることで形成される。
【００１４】
蓋基板１０１および流路溝基板１０２は、少なくともいずれか一方が、一部または全部が光透過性を有する部材で構成されている。その材料には、光透過性を持つものであればどのようなものでも使用可能である。例えば石英やガラス、透明性のある樹脂などから選択可能である。
【００１５】
また蓋基板１０１もしくは流路溝基板１０２のいずれか一方は、光源１２および光検出部１３の配置によっては光を透過する必要がないため、光透過性を持たない材料を部分的または全体的に使用してもよい。また蓋基板１０１および流路溝基板１０２は単一の材料から構成される必要はなく、複合体であっても良い。例えばシリコン基板の上に酸化膜を成膜し、この酸化膜が形成された基板と石英基板を接合することで流路デバイス１１を形成してもよい。
【００１６】
偏向手段１０３は、流路１０４の近傍に、且つ流路デバイス自体に設けられている。
【００１７】
偏向手段１０３は、蓋基板１０１もしくは流路溝基板１０２のいずれか、もしくはその両方に形成することができる。これら偏向手段１０３は励起光１４を回折や屈折などの光学作用によって流路１０４に偏向させて照射させられるものであればよく、例えば回折格子や凹型の溝形状などの偏向手段を形成することが可能である。
【００１８】
２つの基板を接合して構成された内部に流路を有する流路デバイスにおいて、いずれかの基板の外表面上、すなわち接合面の裏面側に偏向手段１０３を設ける構成が好ましい。偏向手段１０３により偏向した照射光を流路に導くために必要な光学距離が、基板の厚みに比例して確保し易くなるからである。
【００１９】
偏向手段１０３が入射面に、あるいは流路より入射面側に、設けられていることが好ましく、これにより光の回折作用などの偏向作用を直接的に利用することができるようになる。
【００２０】
偏向手段１０３が形成される領域は基板表面においては任意であり、励起光１４の流路１０４への照射効率を上げることのできる領域を好適に選択することができる。ただし、偏向手段が設けられなくとも照射された光が流路に導かれる光路となる領域、具体的には流路壁面と対向する領域には偏向手段を設けないことが好ましい。
【００２１】
さらに、光が入射する入射面において、光路となる流路壁面と対向した領域には設けず、光源と流路を結ぶ直線上からずれたその周囲の領域に偏向手段を配置する構成が、流路への照射効率を向上させる上で最も好ましい形態の一つとなる。
【００２２】
例としては流路１０４の長手方向両側に沿った領域に偏向手段１０３を平行に形成する。偏向手段１０３はドライエッチングやウエットエッチングを用いれば簡便に形成することが可能であるが、形成方法はこれらに限定されるものではない。  流路１０４は流路溝基板１０２上に図示したように複数本形成しても、一本だけ形成してもよい。図４上では流路１０４は直線的に記載されているが、曲線形状でもよく途中で分岐していてもよい。また図２上では流路１０４の断面形状は矩形状に記載されているが、例えば半円形などの曲線状や段差が数段階形成された階段型の断面形状など任意の形状を用いてもよい。また、蓋基板１０１あるいは流路溝基板１０２に流路１０４に連通する貫通孔を形成し、流路への供給または排出口１０９としても良い。
【００２３】
流路１０４の形成にはドライエッチングやウエットエッチングを用いることができるが、形成方法はこれらに限定されるものではない。
【００２４】
図４で示されるように、隣接する２つの流路が互いに離間して配置されている場合は、偏向手段１０２が、２つの流路からの距離が略等しくなる位置にされていると好ましい。
【００２５】
また、偏向手段は、複数の流路の間の空間を通過する方向に進む光を流路に向かって偏向させるものであると良い。
【００２６】
流路のサイズは特に限定されないが、マイクロオーダー（数百ｎｍ〜数百μｍ）の流路幅を有するマイクロ流路であると好ましい。
【００２７】
また、流路デバイスのサイズも特に限定されるものではないが、厚みが１ｍｍ〜１０ｍｍ程度、縦横の幅がそれぞれ１ｍｍ〜１００ｍｍ程度の平板状に構成したものが好ましく、チップ形状の所謂マイクロ流路チップと呼ばれる構成のものが好ましい。
【００２８】
また、流路内の温度を制御するために、流路近傍に加熱抵抗体を配置することも好ましい。流路への加熱を精度よく制御するためには、加熱抵抗体が流路に接近した構成が好ましく、流路の一部の壁面として絶縁膜を介して、あるいは直接加熱抵抗体が形成されている構成が好ましい。
【００２９】
加熱抵抗体としては白金、金、銀、銅、ニッケルなどの金属単体およびそれらの合金が挙げられ、流路溝基板１０２または蓋基板１０１のいずれかの基板に配線された金属パターンとして形成することが好ましい。
【００３０】
また、流路への光の照射効率をさらに上げるため、流路の一部の壁面または壁面の近傍に反射膜を配置しても良く、上述の加熱抵抗体がこれ兼ねても良い。
【００３１】
（流路デバイスの製造方法）
以下に、本発明の流路デバイスの製造方法を説明する。
【００３２】
本発明の製造方法の第一の形態は、第１基板の一方の面に流路となる溝を形成する工程と、前記第１基板のもう一方の面に偏向手段を形成する工程と、前記第１基板の流路形成面と第２基板とを貼り合わせる接合工程と、を有する
本発明の製造方法の第二の形態は、第１基板の一方の面に流路となる溝を形成する工程と、第２基板の一方の面に偏向手段を形成する工程と、前記第１基板の前記流路が形成された面と第２基板の前記偏向手段が形成されていない面とを貼り合わせる接合工程と、を有する。
【００３３】
上記したいずれの形態も、流路デバイス１１の製造方法として、第１の基板である流路１０４が形成された流路溝基板１０２と、第２の基板である蓋基板１０１と、をそれぞれ用意し、それらを貼り合わせる接合工程を有するものである。
【００３４】
接合工程は、接着剤を用いた接合、常温接合、熱接合などのいかなる方法を用いてもよいが、蛍光ノイズを低減させるためには、接着材を用いない常温接合や熱接合などの方法を用いることが好ましい。
【００３５】
また、偏向手段１０３と流路１０４の位置関係が照射効率の向上に重要となるため、偏向手段１０３および流路１０４の形成時に、アライメント用マークあるいは嵌合構造などの高精度にアライメントが可能な構造を設けることが好ましい。
【００３６】
また流路デバイス上に偏向手段を形成する際には、流路と同時にアライメントマークを形成することで、アライメント機構を持つ製造装置を用いて流路と偏向手段の高精度なアライメントを簡便に行うことが可能となる。一方、蓋基板側に偏向手段を形成する場合においては、流路溝基板側と蓋基板側の双方にアライメントマークを配置しておくことで、量基板の接合時に高精度のアライメントをおこなうことが可能となる。
【００３７】
以下に、より具体的な実施形態を用いて本発明を詳細に説明する。
【００３８】
［実施形態１］
本実施形態において、図３、図４および図５で示される構造において、偏向手段１０３を回折格子とした場合の流路デバイスとその製造方法について以下に詳細を説明する。
【００３９】
図５は偏向手段１０３を回折格子とした場合におけるマイクロ流路チップの流路幅方向の断面図と励起光１４の振る舞いを示した模式図である。
【００４０】
（構成）
励起光１４として波長が５００ｎｍの光を用い、流路１０４の長手方向と流路溝基板１０２の面の法線方向とでなされる面が入射面となるように照射する。このとき励起光の入射角は４５度に設定する。
【００４１】
光検出部１３としてデジタルカメラを用い、流路溝基板１０２の上方に基板表面に焦点が合うように配置し、流路１０４内の試料からの蛍光を検出可能な構成とする。
【００４２】
蓋基板１０１と流路溝基板１０２の材料として、板厚０．６ｍｍで波長５００ｎｍにおける屈折率が１．５のガラスを用いる。
【００４３】
（流路形成）
流路溝基板１０２の表面にレジスト膜を塗布し、流路を形成する領域にレジストパターンを形成する。
【００４４】
レジストマスクに覆われていない箇所をドライエッチング加工し、２０μｍの深さで２００μｍの幅を持つ流路１０４を形成する。流路１０４は複数本並べて配置され、各流路はピッチ４００μｍの間隔で並んでいる。
【００４５】
流路形成と同時に、基板表面上の任意の位置に後の工程で用いるアライメントマークを形成しておく。
【００４６】
（回折格子形成）
流路１０４を形成済みの流路溝基板１０２の流路１０４を形成した面と逆側の面に、偏向手段１０３として回折格子１０６を形成する。回折格子１０６を形成する領域は、マイクロ流路チップ１１を上面から観察したときに先の工程で形成された流路の間の領域を埋めるように配置する。
【００４７】
流路溝基板１０２の裏面にレジスト膜を塗布し、回折格子１０６を形成する領域にレジストパターンを形成する。このとき流路溝基板１０２の表面に形成したアライメントマークを用い、回折格子１０６と流路１０４の位置合わせを実施する。
【００４８】
レジストマスクに覆われていない箇所を四フッ化炭素ガス雰囲気中でドライエッチング加工し、回折格子を形成する。
【００４９】
本実施例における回折格子１０６の形状は以下のとおりである。回折格子１０６のピッチを１．２μｍに設計することで、回折格子１０６に入射した励起光１４が効率的に流路１０４に照射されるように回折される。格子の幅、深さは幅０．５５μｍ、深さ０．４０μｍである。このとき、±１次回折光が最大となり、その回折効率は４３．２％である。
【００５０】
（基板貼り合わせ）
回折格子１０６と流路１０４を形成した流路溝基板１０２の流路形成面と蓋基板１０１の接合面をプラズマ処理した直後、流路溝基板１０２と蓋基板１０１を重ね合わせ、加圧し接合する。
【００５１】
［実施形態２］
本実施形態において、図３、図４、および図６で示される構造において、偏向手段１０３を凹型のシリンドリカルレンズ形状とした場合のマイクロ流路チップとその製造方法について以下に詳細を説明する。
【００５２】
図６は偏向手段１０３をシリンドリカルレンズ形状とした場合におけるマイクロ流路チップの流路幅方向の断面図と励起光１４の振る舞いを示した模式図である。
【００５３】
（構成）
励起光１４として波長が５００ｎｍの光を用い、流路１０４の長手方向と流路溝基板１０２の面の法線方向とでなされる面が入射面となるように照射する。このとき励起光の入射角は４５度に設定する。
【００５４】
光検出部１３としてデジタルカメラを用い、流路溝基板１０２の上方に基板表面に焦点が合うように配置し、流路１０４内の試料からの蛍光を検出可能な構成とする。
【００５５】
蓋基板１０１と流路溝基板１０２の材料として、板厚０．６ｍｍで波長５００ｎｍにおける屈折率が１．５のガラスを用いる。
【００５６】
（流路形成）
流路溝基板１０２の表面にレジスト膜を塗布し、流路を形成する領域にレジストパターンを形成する。
【００５７】
レジストマスクに覆われていない箇所をドライエッチング加工し、２０μｍの深さで２００μｍの幅を持つ流路１０４を形成する。流路１０４は複数本並べて配置され、各流路はピッチ４００μｍの間隔で並んでいる。
【００５８】
流路形成と同時に、基板表面上の任意の位置に後の工程で用いるアライメントマークを形成しておく。
【００５９】
（シリンドリカルレンズ形成）
蓋基板１０１の表面に、偏向手段１０３として凹型のシリンドリカルレンズ１０７を形成する。シリンドリカルレンズ１０７を形成する領域は、マイクロ流路チップ１１を上面から観察したときに先の工程で形成された流路の間の領域を埋めるように配置する。
【００６０】
蓋基板１０１の表面にレジスト膜を塗布し、シリンドリカルレンズ１０７を形成する領域にレジストパターンを形成する。このとき後の工程で使用するアライメントマークを任意の位置に形成しておく。
【００６１】
レジストマスクに覆われていない箇所をフッ酸を用いてウエットエッチングを実施する。ウエットエッチングを用いるとガラスが等方的に加工されるため、線状の開口部をもつレジストマスクによりシリンドリカルレンズ１０７に必要な曲面形状を容易に形成することが可能である。
【００６２】
本実施例におけるシリンドリカルレンズ１０７の形状は、シリンドリカルレンズ１０７に入射する光が流路１０４のほうに屈折されればよく、シリンドリカルレンズ１０７の曲率は特に規定しない。シリンドリカルレンズ１０７の長手方向に垂直な面内において傾斜さえ形成されていれば、レンズを形成しない場合と比較して、流路１０４に到達する励起光量は増大する。
【００６３】
（基板貼り合わせ）
流路を形成した流路溝基板１０２の流路形成面とシリンドリカルレンズ１０７を形成した蓋基板１０１の接合面をプラズマ処理した直後、流路溝基板１０２と蓋基板１０１を重ね合わせ加圧し接合する。この際、流路溝基板１０２と蓋基板１０１に形成したアライメントマークを用いて、流路１０４とシリンドリカルレンズ１０７の位置合わせを実施する。
【符号の説明】
【００６４】
１１  マイクロ流路チップ
１２  光源
１３  光検出部
１４  励起光
１０１  蓋基板
１０２  流路溝基板
１０３  偏向手段
１０４  流路
１０５  励起光照射領域
１０６  回折格子
１０７  シリンドリカルレンズ
１０８  供給・排出口
【図１】
2016200504.tif 000003
【図２】
2016200504.tif 000004
【図３】
2016200504.tif 000005
【図４】
2016200504.tif 000006
【図５】
2016200504.tif 000007
【図６】
2016200504.tif 000008