(57)【要約】【課題】マイクロチップの流路が溶着の際に溶融した部材の流入により変形することを抑制する。【解決手段】本発明に係るマイクロチップのマイクロチップレーザ溶着構造１は、第１基板４１と第２基板４２とを有する。第１基板４１上に第２基板４２が載置され、第１基板４１は、光吸収性のある熱可塑性樹脂基板であり、第２基板４２は、光透過性のある基板である。第１基板４１と第２基板４２との少なくとも一方に、流路２１と溝部３を有し、流路２１と溝部３とは、第１基板４１と第２基板４２との接合面に接しており、溝部３は、流路２１とは独立しておりかつ、流路２１の近傍に位置している。任意の平面上に構成されている流路２１を有し、前記平面上でかつ流路２１の近傍に流路２１とは別の溝部３を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板と第２基板とを有し、
前記第１基板上に前記第２基板が載置され、
前記第１基板は、光吸収性のある熱可塑性樹脂基板であり、
前記第２基板は、光透過性のある基板であり、
前記第１基板と前記第２基板との少なくとも一方に、流路と溝部を有し、
前記流路と前記溝部とは、前記第１基板と前記第２基板との接合面に接しており、
前記溝部は、前記流路とは独立しておりかつ、前記流路の近傍に位置している
ことを特徴とするマイクロチップレーザ溶着構造。
【請求項２】
前記溝部は、前記流路の外周部囲むように構成されている
ことを特徴とする請求項１記載のマイクロチップレーザ溶着構造。
【請求項３】
前記流路は、任意の間隔で設置されており、
前記間隔が所定値以上所には、前記溝部を有する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のマイクロチップレーザ溶着構造。
【請求項４】
任意の間隔で前記流路が平行して走る主流路部を有しており、
前記主流路部における前記流路間の間隔の最小値は、前記溝部にもっとも近い前記流路と、前記溝部との間隔と等しい
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のマイクロチップレーザ溶着構造。
【請求項５】
前記第１基板上の任意の一方向に対して略垂直に前記流路が複数回交差する前記流路を有し、前記流路間の間隔は、前記任意の一方向に沿って単純減少する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のマイクロチップレーザ溶着構造。
【請求項６】
前記第１基板と前記第２基板とが溶着されている
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のマイクロチップレーザ溶着構造。
【請求項７】
前記第２基板は、熱可塑性樹脂からなる
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載のマイクロチップレーザ溶着構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロチップレーザ溶着構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロチップは、通常、流体回路を構成する凹部（溝）が形成された基板と、平坦な基板とを貼り合わせることにより作製される。従来、熱可塑性樹脂からなる２つの基板の貼り合わせには、光（たとえばレーザ光）照射による溶着が用いられてきた。この光照射による溶着において、２枚の熱可塑性樹脂基板のうち、一方を光透過性基板とし、他方を光吸収性基板として、この両者を重ね合わせて圧力を印加した後に、透明基板側から光を照射する。光照射により、貼り合わせ面の温度が融点を超えると、基板が融解して両基板が接合される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２０３１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、光透過部材と光吸収部材の少なくとも一方に溝部を形成し、両部材を重ね合わせて光透過部材側からレーザ照射し、両部材を溶着する際、最外周の流路部に過溶融部材が流れ込み、流路断面積が減少するという課題がある。これは外周の流路部の形成されていない領域で蓄積された熱量で溶融した部材が最外周の流路部に流れ込んだためである。一方で内側の流路部では、溶融部の面積が外周部に比べて小さいため、熱量もあまり蓄積されず流路部に流入する溶融した部材は少なく問題となりにくい。
【０００５】
本発明は、このような課題を解決するためにされたものであり、マイクロチップの流路が溶着の際に溶融した部材の流入により変形することを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係るマイクロチップのレーザ溶着構造の一態様は、第１基板と第２基板とを有し、前記第１基板上に前記第２基板が載置され、前記第１基板は、光吸収性のある熱可塑性樹脂基板であり、前記第２基板は、光透過性のある基板であり、前記第１基板と前記第２基板との少なくとも一方に、流路と溝部を有し、前記流路と前記溝部とは、前記第１基板と前記第２基板との接合面に接しており、前記溝部は、前記流路とは独立しておりかつ、前記流路の近傍に位置していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、マイクロチップの流路が溶着の際に溶融した部材の流入による変形を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１（ａ）は、本発明の実施の形態１に係るマイクロチップレーザ溶着構造の平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’における本発明の実施の形態１に係るマイクロチップレーザ溶着構造のレーザ溶着前の断面図である。図１（ｃ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’における本発明の実施の形態１に係るマイクロチップレーザ溶着構造のレーザ溶着後の断面図である。
【図２】図２（ａ）は、比較例１に係るマイクロチップレーザ溶着構造の平面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ’における本発明の実施の形態１に係るマイクロチップレーザ溶着構造のレーザ溶着前の断面図である。図２（ｃ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ’における本発明の実施の形態１に係るマイクロチップレーザ溶着構造のレーザ溶着後の断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１の変形例１に係るマイクロチップレーザ溶着構造の平面図である。
【図４】図４（ａ）は、本発明の実施の形態１の変形例１に係るマイクロチップレーザ溶着構造のうち溝部以外の構成概略を示す平面図である。図４（ｂ）は、本発明の実施の形態１の変形例１に係るマイクロチップレーザ溶着構造のうち溝部を含む構成概略を示す平面図である。
【図５】図５（ａ）は、本発明の実施の形態２に係るマイクロチップレーザ溶着構造の平面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＣ−Ｃ’における本発明の実施の形態２に係るマイクロチップレーザ溶着構造のレーザ溶着前の断面図である。図５（ｃ）は、図５（ａ）のＣ−Ｃ’における本発明の実施の形態２に係るマイクロチップレーザ溶着構造のレーザ溶着後の断面図である。
【図６】図６（ａ）は、比較例２に係るマイクロチップレーザ溶着構造の平面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）のＤ−Ｄ’における比較例２に係るマイクロチップレーザ溶着構造のレーザ溶着前の断面図である。図６（ｃ）は、図６（ａ）のＤ−Ｄ’における比較例２に係るマイクロチップレーザ溶着構造のレーザ溶着後の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、並びに、ステップ（工程）及びステップの順序などは、一例であって本発明を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００１０】
なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
【００１１】
（実施の形態１） 
まず、本発明の実施の形態１に係るマイクロチップレーザ溶着構造１の構成について、図１を用いて説明する。
【００１２】
図１に示すように、本実施の形態にかかるマイクロチップレーザ溶着構造１は、レーザ溶着によって形成された反応溶液が送液される流路を有する構造であって、反応溶液が導入される導入部４３と、反応溶液が送液される流路２１と、送液された反応溶液を排出するための排出部４４とを備える。本実施の形態における流路２１は、１本で構成されている。また、流路２１は、一方の端部が導入部４３に、他方の端部が排出部４４につながっている。さらに、流路２１が構成されている平面上でかつ、流路２１の近傍には、流路２１とは別に溝部３が構成されている。
【００１３】
本実施の形態では、マイクロチップレーザ溶着構造１を用いてＰＣＲ（ポリメラーゼ連鎖反応：Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ  Ｃｈａｉｎ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ）法を実施する場合について説明する。ＰＣＲ法は、ターゲットＤＮＡを温度サイクルにより増幅させる技術である。反応溶液には、ターゲットＤＮＡの他に、ＰＣＲプライマやポリメラーゼ酵素、バッファー等が含まれている。このような反応溶液に温度サイクルを付与することで、ターゲ
ットＤＮＡを増幅することができる。増幅したＤＮＡの増幅量は、反応検出機構によって検出することができる。
【００１４】
マイクロチップレーザ溶着構造１は、具体的には、光吸収部材からなる第１基板４１と、光透過部材からなる第２基板４２と、によって構成されている。また、第１基板４１と第２基板４２とは、熱可塑性樹脂からなる。マイクロチップレーザ溶着構造１の外形は、例えば縦の長さが４０ｍｍで横の長さが２０ｍｍの略矩形状である。
【００１５】
以下、マイクロチップレーザ溶着構造１の詳細構成について、図１を用いて詳述する。
【００１６】
［第１基板］
図１に示すように、第１基板４１は、流路２１と溝部３とを有する。溝部３は、流路２１とは独立しており、かつ、流路２１の外周部に位置している。さらに、図示はされていないが、第１基板４１は、流路２１の両端に導入部４３の一部を構成する凹部と、排出部４４の一部を構成する凹部とを有している。第１基板４１は、光吸収性のある熱可塑性樹脂基板である。
【００１７】
流路２１の一部は、蛇行するように形成された主流路部２２を有している。具体的には、主流路部２２における流路２１は、ライン状の流路を所定間隔毎に折り曲げながら連続的に往復するように形成されている。主流路部２２における流路２１の折り返し回数は、例えば２０〜７０サイクル程度である。一例として、１サイクルあたりの流路２１の長さは、３２ｍｍとすることができる。主流路部２２における流路幅は１００〜５００μｍとし、主流路部２２における流路間隔は１００〜５００μｍとすることができる。
【００１８】
このように構成される流路２１および溝部３の断面形状は、矩形に限らず、半円形又は逆三角形とすることができる。
【００１９】
［第２基板］
図１に示すように、第２基板４２は、第１基板４１を覆う蓋部であり、第１基板４１の上に配置される。第２基板４２は、光透過性のある熱可塑性樹脂基板である。
【００２０】
第２基板４２には、導入部４３の一部として、第２基板４２を貫通する貫通孔が設けられている。また、第２基板４２には、排出部４４の一部として、第２基板４２を貫通する貫通孔が設けられている。
【００２１】
第１基板４１上に第２基板４２を載置することによって、導入部４３及び排出部４４との接続部を除く全方位が密閉された流路２１が構成される。これにより、流路２１は、反応溶液の送液方向に垂直な断面における壁面全周が閉じられた構成となり、かつ、導入部４３及び排出部４４においてのみ外部空間と繋がる構成となる。このように、流路２１を、反応溶液の送液方向に垂直な断面における壁面全周が閉じられた構成にすることによって、流路２１における毛細管力を増強させることができるとともに、送液中の反応溶液が揮発することを抑制することができる。
【００２２】
［レーザ溶着］
第１基板４１上に第２基板４２を載置した後、光透過部材により構成されている第２基板４２側からレーザ照射する。レーザ照射は、例えば図１に示すように基板の一部を照射領域５とするレーザ光を走査させる。照射されたレーザ光は、第２基板４２は透過して、光吸収性のある第１基板４１で吸収され熱が発生する。発生した熱により、第１基板４１と第２基板４２との接合面の温度が、第１基板４１と第２基板４２の少なくとも一方の融点を超えると、基板が融解して第１基板４１と第２基板４２が接合される。
【００２３】
ここで、流路２１および溝部３などが形成されていな外周領域３１においては、熱量が蓄積されて部材の融解が進む。この融解した部材は、溝部３の一部に流入する一方で、図１（Ｃ）に示すように流路２１にはほぼ流入せず流路２１の流路断面積もほぼ減少しない。また、主流路部２２においては、第１基板４１と第２基板４２の接合面により構成される溶融部の面積が外周領域３１に比べて小さくなるため、蓄積される熱量が少なくなるため流路２１に流入し流路断面積が減少するほど部材の溶融は発生しない。
なお、レーザ照射の方法としては、走査させる方法だけでなく、マイクロチップレーザ溶着構造１全体を照射範囲とするレーザ照射システムを使用してもよい。また、レーザ照射時には、第１基板４１と第２基板４２について圧力を印加させてもよい。
【００２４】
（比較例１）
次に、比較例１について図２を用いて説明する。
【００２５】
本比較例におけるマイクロチップレーザ溶着構造１Ａは、実施の形態１におけるマイクロチップレーザ溶着構造１の構成要素のうち溝部３を有しない構造となっている。
【００２６】
第１基板４１Ａ上に第２基板４２Ａを載置した後、光透過部材により構成されている第２基板４２Ａ側からレーザ照射する。レーザ照射は、例えば図２に示すように基板の一部を照射領域５Ａとするレーザ照射システムを走査させる。照射されたレーザは、第２基板４２Ａは透過して、光吸収性のある第１基板４１Ａで吸収され熱が発生する。発生した熱により、第１基板４１Ａと第２基板４２Ａとの接合面の温度が、第１基板４１Ａと第２基板４２Ａの少なくとも一方の融点を超えると、基板が融解して第１基板４１Ａと第２基板４２Ａが接合される。
【００２７】
ここで、流路２１Ａなどが形成されていな外周領域３１Ａにおいては、熱量が蓄積されて部材の融解が進む。この融解した部材は、外周領域３１Ａ近傍の流路２１Ａ−１の一部に流入する一方で、図２（Ｃ）に示すように外周領域３１Ａからは離れた流路内部領域２２Ａ内の流路２１Ａ−２にはほぼ流入せず流路２１Ａ−２の流路断面積もほぼ減少しない。また、流路内部領域２２Ａにおいては、第１基板４１Ａと第２基板４２Ａの接合面により構成される溶融部の面積が外周領域３１Ａに比べて小さくなるため、蓄積される熱量も少なくなる。そのため、流路２１Ａ−２に流入し流路断面積が減少するほど部材の溶融は発生しない。
【００２８】
（評価）
図１（Ｃ）に示すように、実施の形態１においては、レーザ照射後も流路２１の流路断面積にほぼ減少はない。一方、図２（Ｃ）に示すように比較例１においてはレーザ照射後においては、流路２１Ａの一部の流路断面積が減少している。
【００２９】
流路断面積は、流路内に反応溶液を流す際の毛細管力の強さに影響する。そのため、実施の形態１のように流路断面積にほぼ変動が生じないマイクロチップレーザ溶着構造は、例えば毛細管力により送液する自走式のマイクロチップにおいてより送液を安定的に行うことが可能となる。
【００３０】
（変形例）
以下、本発明の実施の形態１の変形例に係るマイクロチップレーザ溶着構造について説明する。なお、以下に説明するマイクロチップレーザ溶着構造は、上記の実施の形態１におけるマイクロチップレーザ溶着構造１と同様の構造であり、各変形例において特徴となる構成のみを説明する。
【００３１】
（実施の形態１の変形例１） 
図３に示すように、本変形例に係るマイクロチップレーザ溶着構造１’では、溝部３’が、流路２１の外周部を囲むように設けられている。このように溝部３’を構成することによって、より効果的に流路２１のレーザ照射による流路変形を抑制することができる。
【００３２】
（実施の形態１の変形例２） 
図４に示すように、本変形例に係るマイクロチップレーザ溶着構造１’’では、流路２１’’同士の間隔が所定値以上のところに溝部３’’を設けている。例えば、図４（Ａ）において流路間隔ΔＷ２が、主流路間隔ΔＷ１の２倍以上となっている箇所に溝部３’’を設置すると、図４（Ｂ）に示すようになる。
【００３３】
主流路間隔ΔＷ１の間隔で隣り合う流路２１’’が複数ある場合のレーザ照射の条件は、レーザ照射による流路変形が起こらないようにレーザパワーや操作スピード等を決める。流路２１’’の存在しない領域の幅がΔＷ１の２倍の間隔よりも広い場合には、顕著な流路変形が発生しやすくなる。よって、流路間隔ΔＷ２が、主流路間隔ΔＷ１の２倍以上となっている部分に溝部３’’を設置すると顕著な流路変形が発生しないレーザ溶着構造を実現できる。
【００３４】
また、流路２１’’と溝部３’’の間隔は、主流路間隔ΔＷ１の最小値となるように設定してもよい。このように溝部３’’を構成することによって、より効果的に流路２１’’のレーザ照射による流路変形を抑制することができる。
【００３５】
（実施の形態２） 
次に、本発明の実施の形態２に係るマイクロチップレーザ溶着構造１’’’の構成について図５を用いて説明する。
【００３６】
本実施の形態におけるマイクロチップレーザ溶着構造１’’’は、実施の形態１におけるマイクロチップレーザ溶着構造１’’’の流路２１’’’が、図５（a）、（b）、（c）に示す構造を有している。
【００３７】
具体的には、マイクロチップレーザ溶着構造１’’’は、レーザ照射領域５が走査する進行方向に向かって流路２１’’’の間隔が単調減少するように構成されている。すなわち、図５（ｂ）に示すように流路２１’’’の間隔がａ＞ｂ＞ｃという構成になっている。このような構成にすることにより、レーザ照射速度とレーザパワーが一定の場合には、蓄積された熱量により流路２１’’’の流路断面積が減少することを防ぎ、流路の変形をさらに抑制することができる。
【００３８】
（比較例２）
次に、比較例２について説明する。
本比較例におけるマイクロチップレーザ溶着構造１Ａ’’’の構成は、実施の形態１の変形例１におけるマイクロチップレーザ溶着構造１’の構成と同じである。ただし、断面積の変化については、より詳細に測定している。
【００３９】
このような構成の場合、実施の形態１の変形例１よりもより詳細に断面積の変化を測定するとレーザ照射領域５が進行するにしたがって流路２１Ａ’’’の断面積が減少する。これは、第１基板４１と第２基板４２の接合面に近傍において蓄積された熱量がレーザ照射領域５が進行するにしたがい蓄積し、溶解した部材が流路２１Ａ’’’に流入するためである。
【００４０】
（その他）
以上、本発明に係るマイクロチップレーザ溶着構造について、実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記実施の形態及び変形例に限定されるものではない。
【００４１】
例えば、上記実施の形態及び変形例では、流路２１は流路が蛇行している主流路部２２を有しているとしたが、これに限らない。たとえば、直線状の流路が基板に複数形成されていてもよい。また、流路は、複数の分岐を有していてもよい。
【００４２】
その他、各実施の形態及び変形例に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００４３】
１、１Ａ  マイクロチップレーザ溶着構造
２１、２１Ａ  流路
２２  主流路部
３  溝部
４１、４１Ａ  第１基板
４２、４２Ａ  第２基板
【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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