(57)【要約】【課題】フィルムをプレートに接着する際、密着力をあげてフィルムをはがれにくいチップにすることを目的とした流体チップを提供する。【解決手段】流路が形成されたプレートと前記流路が形成された流路面上に前記プレートを覆うように取り付けられたフィルムからなる流体チップにおいて、前記プレートの外周部で、且つ、前記流路面上の前記流路を除いたプレートの表面が最大高さＲｍａｘが１μｍから１２μｍの範囲内で粗面加工された流体チップ。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路が形成されたプレートと前記流路が形成された流路面上に前記プレートを覆うように取り付けられたフィルムからなる流体チップにおいて、
前記流路面上の前記流路を除いたプレート表面が粗面加工された流体チップ。
【請求項２】
前記粗面加工されたプレートの表面粗さの最大高さＲｍａｘが１μｍから１２μｍの範囲内である請求項１記載の流体チップ。
【請求項３】
前記プレートの粗面加工された面は前記プレートの外周部である請求項１記載の流体チップ。
【請求項４】
流路が形成されたプレートの粗面加工しない箇所をマスクするマスク工程と、
前記マスクされたプレートにショットブラストを行う粗面加工工程と、
前記粗面加工されたプレートを前記プレートの軟化点温度で加熱するプレート予備過熱工程と、
前記加熱されたプレートの温度を９５℃から１０５℃の範囲に保ちつつフィルムを前記プレートに圧着させて前記プレートを移動することにより前記プレートに前記フィルムを接合するフィルム接合工程と、からなる流体チップの製造方法。
【請求項５】
前記粗面加工工程の後、さらに前記プレートを中性洗剤液に浸して超音波洗浄を行う洗浄工程を備えた請求項４に記載の流体チップの製造方法。
【請求項６】
前記フィルムは、前記プレートと同じ材料からなる請求項４に記載の流体チップの製造方法。
【請求項７】
前記フィルムは、ポリプロピレンからなる請求項６に記載の流体チップの製造方法。
【請求項８】
前記粗面加工工程において、前記マスク工程にてマスクされないプレート表面の表面粗さを最大高さＲｍａｘが１μｍから１２μｍの範囲内になるように加工する請求項４記載の流体チップの製造方法。
【請求項９】
前記粗面加工工程において、プレートの粒子径＃８０番から＃４００番までの範囲のガラスまたは珪素を用いて前記プレートへの吹きつけ圧力を３ｋｇ／ｃｍ2且つ吹き付け時間を５秒で行う請求項８記載の流体チップの製造方法。
【請求項１０】
前記プレート予備過熱工程は、前記プレートを１３０℃で加熱する請求項４に記載の流体チップの製造方法。
【請求項１１】
前記フィルム接合工程において、前記フィルムと前記プレートは０．５ＭＰａの圧力を維持しながら前記プレートを０．９ｍ／分の速度で移動する請求項４記載の流体チップの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はキャピラリー電気泳動に利用される電気泳動用チップとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン、有機酸、アミノ酸、タンパク質、核酸、糖、ウイルス、細胞等の荷電性物質を分離する一般的な方法として電気泳動法が広く利用されている。特に核酸やタンパク質等の生体物質やその他の低分子物質といったごく微量物質を分離同定する手法としてキャピラリー電気泳動法がある。これは、内径が１００ミクロン以下程度のガラス細管（キャピラリー）を用い、この中に電気泳動用緩衝液や分子ふるい用ポリマ等の分離用媒体を充填し、キャピラリーの一端に試料を置く。その後、キャピラリーの両端に高電圧を印加すると、試料をキャピラリー内で移動する。電気泳動中の試料は、キャピラリーを移動する際に、その電荷や分子量の差などにより分離するので、この分離状態をＵＶ吸収や蛍光などにより検出する手法である。
【０００３】
このキャピラリー電気泳動法は長所として、１）必要試料量がごく微量で済む、２）分離特性に優れる、３）高速分離が可能、４）様々の分離モードにより幅広い試料分析に対応可能、などが挙げられるが、従来、キャピラリーは内径が１００ミクロン以下程度のファイバー状であるためその強度は非常に低く、キャピラリーの交換等の作業は極めて取り扱いにくいものであった。また、複数回キャリピラリを使用するためにはその度に洗浄する必要もあり、分析方法としてはユーザの簡便性の面でも問題があった。
【０００４】
そのため、キャピラリー電気泳動法を使い易くした「マイクロチップケミストリー」と呼ばれる手法が考案されている。これは、ガラス基板上に微細溝をつくり、それをもう一枚の基板と貼り合わせることによりキャピラリーを形成させて、この流路中でキャピラリー電気泳動を行うというというものである。このキャピラリーを内在したガラス基板を貼り合わせたものがマイクロチップと呼ばれている。構造としては、２枚のガラス基板を張り合わせて形成されたキャピラリー部の端部に、電気泳動用緩衝液や分子ふるい用ポリマ、及び分析試料を供給するための液溜め部を有したものが一般的である。（例えば、非特許文献１参照）。最近では、取扱いのよさ、量産性の観点からガラス製のものからプラスチック製のものがでてきており、チップの構造は、微細な溝が形成されたプラスチックプレートに透明なフィルムを接着した構造のものが一般的である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
図７に、特許文献１のプレートを示す。プレート１０には流路と貫通穴９が形成されており、プレート１０は透明フィルム７を熱圧着で接着され、さらに電極８が形成されている。
【特許文献１】特開２０００−３１０６１３号公報
【非特許文献１】Ｄ．Ｊ．Ｈａｒｒｉｓｏｎ．ら：Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、１９９２年、６４巻、１９２６−１９３２頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の構成では、チップ取扱い時にフィルムが剥がれ易く、流路まで剥がれるとチップの評価ができなかった。フィルムが剥がれを防止するためには、フィルムの接着温度を上げるか、又は、接着時のフィルムとプレートとの圧力を上げれば良い。しかし、この様な手法を用いると、微細な流路が形成されたプレートでは、フィルムが流路内に入り込むという課題を有していた。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、フィルムをプレートに接着する際に微細な流路内にフィルムが入り込まず、且つフィルムとプレートとの密着力を高めてフィルムがはがれにくい流体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】
【０００８】
前記従来の課題を解決するために、本発明の流体チップとその製造方法は、流路が形成されたプレートと前記流路が形成された流路面上に前記プレートを覆うように取り付けられたフィルムからなる流体チップにおいて、前記流路面上の前記流路を除いたプレート表面が粗面加工されたことを特徴としたものである。
【０００９】
また、本発明は、流路が形成されたプレートの粗面加工しない箇所をマスクするマスク工程と、前記マスクされたプレートにショットブラストを行う粗面加工工程と、前記粗面加工されたプレートを前記プレートの軟化点温度で加熱するプレート予備過熱工程と、前記加熱されたプレートの温度を９５℃から１０５℃の範囲に保ちつつフィルムを前記プレートに圧着させて前記プレートを移動することにより前記プレートに前記フィルムを接合するフィルム接合工程とからなることを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の流体チップとその製造方法によれば、フィルムの接着力が高いため流体チップ取扱い時にフィルムが剥がれることなく、また、微細流路にフィルムが入り込むことにない流体チップを使用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明の流体チップと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。
【００１２】
（実施の形態１）
図１に、本実施の形態１における流体チップ１の全体図を示す。破線で囲んだ部分２は、試料の測定を行う測定ブロックであり、本実施の形態では８個設けられている。これら測定ブロックは、放射状に形成されており、同時に８検体のＤＮＡ判別が行うことが出来る。  流体チップ１上で、非対称の位置に設けられており、判別用の読取装置（図示しない）に流体チップ１を取り付けた際に、各測定ブロックの位置を特定できるようにしている。
【００１３】
この流体チップ１は、プレート４とフィルム５とで構成されており、プレート４の材料はポリプロピレンを使用し、厚みは２ｍｍとした。また、プレート４は、深さ８０μｍ、幅１００μｍから３００μｍの流路パターンが形成された金型を使って、射出成形で成型を行った。フィルム５はプレート材と同じポリプロピレン材を使用しており、厚みは５０μｍである。プレート４とフィルム５は熱融着によって接着することにより、完全な密閉流路を形成する。軸心６は、本流体チップの軸心であり、軸心６を中心に本流体チップを読取装置の回転部に固定するための回転部固定用穴７を設けている。
【００１４】
図２は、図１で示した測定ブロック２をＡ−Ａ’方向からみた断面図である。５はフィルムであり、４はプレート、８は流路を示す。フィルム５と接触しているプレート表面には、ショットブラスト加工により粗面加工されており、表面が凹凸になっている。これによりフィルムの熱融着工程で軟化点まで加熱されたフィルム５は、プレート４表面の凹凸に入り込み、アンカー効果が生じることにより、フィルムとプレートとの密着力が増す。ショットブラスト処理の詳細な条件は、後述するが、吹き付ける粒子はガラスまたは珪素を用いた。
【００１５】
図３は、流体チップの成型後のプレート４からフィルム５を接着するまでの製造工程を示す図である。ショットブラスト処理したプレート４には、その表面に油やゴミが付着しているため、中性洗剤液に浸し超音波洗浄を行う。次にプレート表面の水分をとばす効果とプレート４の寸法を安定させることを目的として、８０℃で２時間ベーキングを行う。ベーキング後はラミネーター機で熱圧着処理を行うが、プレート４をホットプレートで軟化点付近まで予備加熱することによって、熱圧着時のフィルム５の密着力が増す。予備加熱後はラミネーター機で熱圧着処理を行い、その後、プレート４を冷却して余分なフィルムをカットして流体チップが完成する。
【００１６】
図４にプレート４とフィルム５とを接着するラミネーター機を示す。１０はプレート４を軟化点温度まで予備加熱するためのホットプレート、１１はプレート４を搬送するためのベルトコンベア、１２は一方にフィルム５を巻きつけた加熱ヒーター１３が内蔵されているシリコンゴム製のローラー、５は熱圧着するためのポリポロピレンフィルムである。プレート４は、ホットプレート１０でプレートの軟化点温度まで加熱され（予備加熱）、ベルトコンベア１１により２つのローラー１２まで搬送する。その後、２つのローラー１２の間をプレート４が通過することで、ローラーから与えられる熱とローラーの圧着力により、フィルム５とプレート４が熱圧着する。熱圧着されたプレート４は冷却して、最後に余分なフィルムをカットすれば流体チップ１が完成する。
【００１７】
次に、フィルムの密着強度は次の方法で行った。フィルム接着された流体チップに鋭利な刃で、幅が１ｃｍになるようにスリットをいれて４ｃｍ程度剥がし、これを引張試験機で測定した。引張試験機は、卓上荷重測定器（アイコーエンジニアリング社製ＭＯＤＥＬ１３００ＶＲ）を使用した。引き剥がし速度は５ｃｍ／分とし、剥離強度の値はフィルムを剥がした範囲内で、極大値の大きいものから４点、極小値の小さいものから４点取り出して、その平均値を剥離強度値とした。表面粗さの測定は、触針式表面形状測定器（ＵＬＶＡＣ社製ＤＥＫＴＡＫ）を用いてプレート表面を測定し、その測定範囲内での最大高さＲｍａｘを表面粗さとした。
【００１８】
図５に、ショットブラスト加工でプレート表面を処理した面粗さと密着強度との関係を示す。フィルムの密着強度は、０．６Ｎ／ｃｍ以上であれば、流体チップを取扱う時にフィルムが剥がれる心配がない。未処理の場合の表面粗さは、Ｒｍａｘ０．３μｍであった。この時のフィルムの密着強度は、０．３Ｎ／ｃｍであった。それに対して、ショットブラスト処理で表面粗さをＲｍａｘ１μｍからＲｍａｘ１２μｍの範囲で処理した場合には、フィルムの密着強度は０．６Ｎ／ｃｍ以上に向上した。この表面粗さを実現するためのショットブラスト条件は、＃８０番から＃４００番の範囲のガラスまたは珪素の粒子径を使用し、吹きつけ圧力は３ｋｇ／ｃｍ２、処理時間は５秒で行うことで達成出来た。更に表面粗さがＲｍａｘ４μｍからＲｍａｘ５μｍの範囲では密着強度が１Ｎ／ｃｍ以上あることがわかった。
【００１９】
次に、図６は、熱圧着工程におけるプレート温度の違いによるフィルムの密着強度とフィルムの変形量との関係を示す。図６の実線はフィルムの密着強度を示し、点線はフィルムを熱圧着処理した後の流路部におけるフィルムの変形量を示す。実験に用いたプレートは、ショットブラスト処理で表面粗さがＲｍａｘ４．６μｍに処理したものを使用した。この条件で、ショットブラスト処理されたプレートを１３０℃で予備加熱した後、送り速度０．９ｍ／分、圧力０．５ＭＰａに保ち、プレート温度を変化させた時のフィルムの密着強度と変形量を観測した（図６）。また、プレート温度の測定は非接触式温度計を用いて、プレートがフィルム接着される寸前の温度を測定した。
【００２０】
図６から明らかな様に、プレート温度の上昇に従い、フィルムの密着強度が上がる傾向がある。プレート温度が９５℃の時、フィルムの密着強度は０．６Ｎ／ｃｍとなる。この時のフィルム変形量は、３μｍであった。更にプレート温度が１０５℃では、フィルムの密着強度が１．４Ｎ／ｃｍ、フィルム変形量が８μｍとなった。その後、プレート温度の上昇とともに密着強度が上昇するが、フィルム変形量が大きくなる。フィルムの変形量が流路深さの１０％を超えると、正確に液体を移送できなくなるので、流体チップの性能を果たすことができない。本発明の流路深さは、８０μｍなので許容できるフィルム変形量は８μｍになる。このときのプレート温度は１０５℃である。これ以上、プレート温度を上げるとフィルムの変形量が増加してしまうので、流体チップの性能を果たさなくなる。
【００２１】
図５と図６の結果より、フィルムの密着力を向上させる最適な条件は、プレートの表面粗さをＲｍａｘ１μｍからＲｍａｘ５μｍ、プレート温度を９５℃から１０５℃に設定することが望ましい。
【００２２】
以上のように、実施の形態１においてはプレートの表面をショットブラスト処理することにより、フィルムの密着力が向上し、流体チップ取扱い時にフィルムが剥がれることなく、無駄なく流体チップを使用することができる。
【００２３】
また、実施の形態１のショットブラストする面を全面処理から流路が形成されていない外周部のみにショットブラスト処理することにより、流路内面の接触角などの特性が変わらず、プレート本来の性能を発揮することができる。プレート外周部のみをショットブラスト加工する場合、加工しない流路部をマスクで覆って、ショットブラスト加工を行う。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明にかかる流体チップとその製造方法は、流体チップ取扱い時にフィルムが剥がれないため、無駄なく流体チップを使用できるものとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる流体チップの平面図
【図２】本発明の実施の形態１にかかる流体チップの断面図
【図３】本発明の実施の形態１にかかる流体チップの製造工程を示す図
【図４】本発明の実施の形態１にかかるプレート４とフィルム５とを接着するラミネーター機の構造を示す図
【図５】本発明の実施の形態１にかかる流体チップの面粗さとフィルム密着強度の関係を示すグラフ
【図６】本発明の実施の形態１にかかる流体チップのプレート温度とフィルム密着強度とフィルム変形量の関係を示すグラフ
【図７】従来の流体チップの平面図
【符号の説明】
【００２６】
１  流体チップ
２  測定ブロック
３  位置決め穴
４  プレート
５  フィルム
６  軸心
７  回転部固定用穴
８  流路
９  ショットブラスト処理面
１０  ホットプレート
１１  ベルトコンベア
１２  シリコンゴム製のローラー
１３  加熱ヒーター
【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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